海绵城市建设下的生态效应分析——以常德市穿紫河流域为例

海绵城市建设被认为是解决城市内涝、水污染和水资源短缺、热岛效应等问题的有效途径之一。中国自2015年起共确立30个海绵城市建设试点城区,为今后海绵城市建设在全国范围的推广提供示范。基于实地调研、查阅资料并对比分析穿紫河流域海绵城市建设前后的水文、植被和气候等自然要素变化。结果表明：常德市城市内涝有效缓解,但在暴雨发生时局部仍出现积水和内涝现象;穿紫河水质总体上由劣Ⅴ类转变为Ⅲ类,但在冬季周期性恶化及污染物富集;穿紫河流域生物多样性显著增加,同时也表现出植物种类单一、具有环境净化功能的植物种类较少、生态系统不完整和管理不善等问题;常德市夏季的热岛效应有一定程度缓解。常德市2004-2019年的海绵城市建设显著提升了穿紫河流域的生态效应,为该地区的社会经济发展和人居环境改善提供了重要的生态基础,也为合理评价其他试点城区海绵城市建设效果提供借鉴。     

北洛河宜君段全新世古洪水滞流沉积层研究

通过野外考察,在黄河中游北洛河宜君段基岩峡谷,发现夹有古洪水滞流沉积物的全新世风成黄土-土壤地层.在野外观察和分析的基础上,自剖面顶部向下系统采取样品,进行磁化率、烧失量、碳酸钙、粒度成分和化学元素含量的测试分析.综合野外观测和实验分析结果,确定了在古土壤中所夹的具有波状或者水平层理的沉积层,为河流悬移质泥沙在高水位滞...     

黄土高原聚湫沉积旋回、土壤侵蚀及区域差异

黄土高原聚湫/淤地坝内的沉积物是黄土再侵蚀搬运的直接结果,以高堆积速率和多沉积旋回为特征,是认识黄土高原地球关键带过程和历史的理想载体之一。如何鉴定并有效划分沉积旋回是利用聚湫/淤地坝沉积序列恢复流域土壤侵蚀和地表环境过程的基础。本文选取地处黄土高原中部丘陵沟壑区（陕西靖边）和高塬沟壑区（甘肃合水）的两个聚湫为代表,利用高分辨率XRF岩芯扫描仪获取两个聚湫上部近代沉积序列的元素分布,提出划分沉积旋回的地球化学指标,并识别年际冻融层,获得旋回产沙模数及年际产沙量,进而讨论土壤侵蚀与强降水频率和强度的关系及区域差异。结果表明,沉积旋回的下部粗颗粒层均以高Zr为特征,上部细颗粒层则富集Al、Fe、Rb、Ca和Sr等造岩元素,由此提出Rb/Zr比值可有效划分沉积旋回。根据Rb/Zr比值分布,靖边和合水聚湫上部4m和2m沉积序列可分别划分为35个和18个沉积旋回。结合细颗粒层的¹³⁷Cs比活度分布,划分的沉积旋回个数可分别与1963年以来两个地区强降水次数一一对应。靖边聚湫的年际沉积旋回数量和产沙模数均高于合水,是黄土高原丘陵沟壑区砂黄土更易遭受侵蚀的结果;在次降水量为50mm的强度下,靖边流域的产沙模数约为合水流域的两倍左右。重要的是,两个流域的产沙模数均与强降水次数和强度紧密相关,旋回产沙模数随降水强度线性增加。聚湫沉积旋回记录的侵蚀历史及区域差异将有助于深入认识黄土高原地球关键带中侵蚀风化、水文和生态环境变化等历史与过程。

     

黄河中游晋陕峡谷段全新世晚期洪水滞流沉积研究

通过对黄河晋陕峡谷的深入调查研究,在延长永和县河段发现了典型的全新世晚期洪水滞流沉积剖面。在野外考察中,对沉积物的宏观特征和沉积环境及其分布特征进行观察,并进行了系统采样。在实验室对沉积物样品进行了粒度成分、磁化率、烧失量、CaCO3含量等测定。通过综合分析论证,表明黄河中游晋陕峡谷全新世晚期洪水滞流沉积物以粉砂为主,细砂含量次之,粘粒含量很少,分选性好,磁化率很低。其沉积学分类为细砂质粉砂,是黄河洪水悬移质泥沙在高水位滞流环境下的沉积物。将其与典型的全新世风成黄土和古土壤进行对比,可知其粒度成分比黄土和古土壤更粗,粒级分布更为集中。此外,将其与延河郭家川全新世洪水滞流沉积物对比,发现其粒度频率分布基本相似。该研究结果对于揭示黄河中游洪水水文泥沙特性及其历史演变具有重要意义。     

马莲河全新世古洪水沉积学和水文学研究

通过对马莲河中下游的深入考察,在甘肃省合水县河段发现全新世古洪水滞流沉积剖面,对采集的沉积物样品进行粒度成分、石英砂表面结构等分析,证明为典型的古洪水滞流沉积物。通过地层学年代对比分析,确定马莲河在全新世中晚期发生特大洪水,年代大致为4200-4000a B．R之间。根据该组古洪水滞流沉积物所指示的洪峰水位,采用比降法恢复洪峰流量在16400～16900m^3／s之间。同时对该断面2003年和2005年洪水的洪痕进行了流量恢复计算,计算结果与实测洪水误差小于5％,证明古洪水水文学计算结果合理可靠,从而为马莲河水利工程建设及沿岸城镇的防洪减灾提供了科学依据。     

青海湖布哈河流域表土DNA浓度的空间分布及影响因素

沉积物DNA因可提供地理环境中带有时间刻度的生物动态信息,被广泛应用于气候变化、生态功能及环境考古等方面的研究。但对该指标在流域范围内的地表过程及影响因素仍缺乏全面了解,限制了沉积物DNA数据分析的准确性与合理性。本文以适宜DNA保存的青海湖西北部布哈河流域表土为载体,通过提取表土DNA浓度并测定粒度、元素、烧失量和TOC等土壤理化特征,结合气候、植被覆盖、土地利用等环境要素,耦合分析该流域表土DNA浓度空间分布的非生物影响因素。结果表明：(1)布哈河流域表土DNA平均浓度为0.91μg/g,干流中游及支流吉尔孟河区域的DNA浓度最高,而靠近湖区的布哈河下游段则含量较低;(2)该流域表土DNA浓度与其自身的黏粒和有机质含量呈正相关,而与砂含量和风化淋溶强度呈负相关;(3)高植被覆盖和频繁的放牧活动有助于DNA在土壤中的富集,而暖湿环境下较强的风化淋溶、河流搬运、农耕活动则会降低土壤DNA浓度。上述结果为理解布哈河流域沉积物DNA的埋藏过程及影响因素提供了科学依据,也为未来重建青海湖西侧沉积物DNA组成及区域生态环境、人地关系演变奠定了基础。     

基于XRF岩芯连续扫描的藏南哲古错沉积物近4400年地球化学分布及环境演变

XRF岩芯连续扫描在近30年间被广泛用于获取不同地理环境的湖泊沉积序列元素分布及其指示的环境意义,特别是湖泊密集的"亚洲水塔"青藏高原。然而,XRF扫描数据的准确性受沉积岩芯物理属性的显著影响,可能导致记录信息的过度或错误解释。本研究基于青藏高原南部哲古错（ZGC）内近4400年以来由植物和泥沙混合沉积而成的2.16 m完整岩芯（ZGC21）,利用XRF岩芯连续扫描获取其元素信号值和色度分布,结合含水量、粒度、烧失量等物理特征分析,表明ZGC岩芯层理清晰、定年精准、气候信息记录全面,是重建印度夏季风和青藏高原南部气候变化的最佳载体之一。稳定元素（Al、K、Fe、Mn、Rb、Si、Ti、Zr）信号值分布均不能用于指示ZGC岩芯不同层理的碎屑物质输入比例,但Zr/Rb比值则可反映流域内物质输入的真实特征;Ca和Br元素信号值分布分别指示ZGC21岩芯的碳酸盐和有机质含量变化。基于可靠元素信号分布和AMS-14C精确定年,青藏高原南部在太阳辐射强度变化驱动下于4400~3500 a B.P.和850~80 a B.P.年间均处于寒冷气候环境中,低温不足以支撑湖内植被的生存,而在2750~1830 a B.P.和1320~850 a B.P.年间则相反。上述结果为XRF岩芯连续扫描数据的正确应用和准确解释提供科学示范,也为重建该地区过去4400年人地关系提供年代际尺度环境演变框架。     

黄河中游北洛河宜君段全新世特大洪水及其气候背景研究

通过对黄河中游北洛河的野外考察,在宜君基岩峡谷全新世风成黄土-土壤剖面中发现三层古洪水滞流沉积物(SWD).野外观察和室内实验分析,证明它们是北洛河特大洪水悬移质泥沙在高水位滞流环境下的沉积物.这些古洪水滞流沉积层夹在全新世中期古土壤之内,其每一层记录了一期特大洪水事件.利用古水文学方法恢复了古洪水洪峰水位和流量,确定...     

X射线荧光光谱岩心扫描影响因素及校正方法的研究进展

X射线荧光光谱岩心扫描(XRF Core Scanner, XRF-CS)经过20余年的发展,在多类型沉积岩心的元素分析、古环境重建、矿藏储层及丰度的勘探等领域得到了广泛应用,并展示出巨大的潜力。然而,对XRF-CS元素信号影响因素和校正的研究较为少见(特别是在国内),限制了该仪器的正确使用和数据的准确解读。本文对比分析了XRF-CS相较于传统X射线荧光光谱技术的快速、连续、无损且高分辨率的优势和特点,结果表明其测试时间仅为传统分析技术的1/10,而分辨率可高达0.02 mm;但XRF-CS的元素信号值为半定量,无法精确识别元素组成。在此基础上,归纳总结了XRF-CS“仪器”和“岩心”的影响因素、程度和效果,指出在最优化仪器设置的前提下,选取适当的扫描间隔和曝光时间可以实现XRF-CS元素信号强度和“经济性”的平衡;在扫描过程中,通过晾干和平整岩心表面,尽可能排除含水量和粒度分布对元素信号的削弱作用。此外,本文系统阐述了国际通用的Normalized Median-Scaled(NMS)模型、Log-ratio Calibration Equation(LRCE)及改进的Multivariate Log-ratio Calibration(MLC)模型、Normalized Polynomial-scaled Calibration(NPS)和Polynomial-Corrected Multivariate Log-ratio Calibration(P-MLC)模型,指出3种模型的校正过程和应用潜力,进而提高XRF-CS元素信号的准确性。今后,需进一步增强多类型仪器间同一因素影响效果对比分析、校正模型优化和可视化软件包开发、多种传感器搭载和“一体化”扫描、地质矿藏资源探测与评估的广泛应用等多方面的研究。