水分生产率指标的时空差异及相关关系

为从不同视角揭示农业水资源利用与粮食生产的关系,分析了中国灌区毛入流量水分生产率(Pwg)、毛灌水量水分生产率(PwI)、蒸散量水分生产率(PwET)及广义水资源利用量水分生产率(Pwu)的时空差异及指标间的相关性。结果显示:全国4个指标分别为0.694 kg/m3、1.361 kg/m3、1.314 kg/m3及0.860 kg/m3,各省灌区水分生产率总体上均呈增大趋势;不同年份各指标空间分布格局基本相似,均表现为黄淮海平原及其周边省区较大,东北、长江以南和西北部分省区较小;省际水分生产率差距有扩大迹象,各指标空间差异程度大小关系为PwIPwETPwuPwg;两两指标间显著线性相关,Pwu与其他指标的相关系数大于0.950。4个指标在科学内涵和数值表现上存在较大差异,但均可用于表征省级尺度粮食水分生产率的空间差异。     

中国农业广义水资源利用系数及时空格局分析

为统一核算区域蓝水、绿水资源有效利用程度,构建了农业广义水资源利用系数（E_g）指标,核算中国31个省区粮食生产中的E_g,并基于空间自相关和通径分析方法对其时空格局及成因进行分析。中国1998-2010年E_g为0.588,大部分省区呈随时间增大趋势;E_g相似的省区在空间上显著地聚集,高值省区聚集于西部,低值省区集中于东南地区,且空间聚集现象呈减弱趋势;农业生产管理水平对E_g的影响大于气候要素,社会经济条件影响最小。结合广义水资源利用状况,西南省区可扩大粮食生产规模以发挥E_g较大优势,东北与华北粮食主产区应通过提高E_g以保障粮食安全和水资源可持续利用。研究可发展农业用水效率评价理论同时为国家粮食生产与水资源管理策略的制定提供参考。     

石津灌区冬小麦水分生产率的尺度效应

以河北省石津灌区为研究对象,以2007-2009年两季冬小麦生育期为研究时段,基于Hydrus-1D和Modflow模型模拟分析了井渠结合灌溉模式下冬小麦的净入流量水分生产率和净灌溉水分生产率的尺度效应(作物、田间、分干、干渠和灌区尺度)。结果表明:①从作物尺度到灌区尺度,损失水量越来越多,使得净入流量水分生产率和净灌溉水分生产率分别减少了9.49%和16.59%;②由于研究区地下水埋深较大,冬小麦生育期内渗漏补给地下水库的重复利用水量很小,而净灌溉水分生产率因为考虑了这一小部分重复利用水量,比传统的灌溉水分生产率有了小幅提升;③在多年时间尺度上,由于渗漏水量能够全部进入地下水库被重复利用,净入流量水分生产率随尺度增大而增大,而不同空间尺度的净灌溉水分生产率也比冬小麦生育期时间尺度上提高37%~65%。     

作物相对水分利用效率与理论节水潜力

作物水分利用效率是评价农业用水效率的重要指标,由于气候差异,采用作物水分利用效率评价不同区域的用水效率可能存在一定误差,尚缺乏深入研究。基于潜在水分利用效率指标和气象数据,计算了2014年中国小麦、玉米和水稻在充分灌溉条件下的潜在水分利用效率,分析了区域气候差异对作物水分利用效率的影响,提出了相对水分利用效率和理论节水潜力的概念和计算方法,并进行了实例研究。结果表明:各类作物在不同站点的潜在水分利用效率的标准差为0.49~1.01 kg/m3,多数作物潜在水分利用效率的空间差异大于实际水分利用效率的空间差异;主要作物的平均相对水分利用效率为50.7%,其理论节水潜力为884.8~4 064.5 m3/hm2;作物水分利用效率和广义节水潜力指标可能高估或低估作物的用水效率和节水潜力。研究认为在比较区域间作物的水分利用效率时不能忽略气候差异的影响;由于考虑了区域气候差异,相对水分利用效率和理论节水潜力指标更合理。     

基于主成分-时间序列模型的地下水位预测

地下水位预测是区域水资源管理的重要依据。针对地下水位在时间序列上表现出高度的随机性和滞后性,建立了基于主成分分析与多变量时间序列CAR（Controlled Auto-Regressive）模型耦合的地下水位预报模型,将该模型应用于济南市陡沟灌区地下水位预测,结果显示,模型模拟值与实测值的决定系数R2和Nash-Suttcliffe系数E_ns均达到0.90以上;以2011年为基准年,当降水量减少10%~20%,蒸发量和生活用水量增加10%~20%,调入27.39万~137.0万m3地表水用于农业灌溉时,到2030年灌区地下水位将维持在30.99~31.29 m,较基准年上升0.12~0.42 m。在区域水资源紧缺的背景下,适当引入地表水灌溉,减少地下水的开采,灌区地下水位将逐步回升,对于灌区的可持续发展和区域水资源的合理利用具有重要意义。     

北京市东南郊不同灌区表层土壤中PAHs来源解析

采用正三角形布点法在北京市东南郊污灌区、再生水灌区、清灌区分别进行了3个表土的样品采集,采样间隔为1 m,共采集9个样品,分别测试了样品中16种多环芳烃的质量分数。测试结果表明：大部分PAHs在3个灌区表土中均有检出,污灌区除了蒽和苯并[a]蒽外,其余均有检出;再生水灌区除二氢苊和苯并[a]蒽外,其余均有检出;清灌区16种PAHs均有检出。其中,污灌区的Σ_PAHs大约为730 μg/kg,再生水灌区Σ_PAHs大约为207 μg/kg,清灌区PAHs大约为43 μg/kg。分别利用比值法、聚类分析法和主成分分析法对研究区土壤中PAHs的可能来源进行解析,通过比值法和聚类分析法可以得出：污灌区表土PAHs污染主要来源于石油源,而再生水灌区和清灌区的PAHs主要来源于燃烧源。由主成分分析法可以定量地计算出各个污染源对PAHs的贡献率：在污灌区采样点,燃烧源/汽车尾气和焦炭源/石油源的贡献率分别为30％和70％;在再生水灌区,PAHs的主要来源为煤的燃烧、汽车尾气的排放和部分石油源的输入,贡献率分别为83.2％和16.8％;在清灌区,PAHs的主要来源为煤的燃烧和汽车尾气的排放,贡献率分别为83.6％和16.4％。     

从海相地层磷灰石的裂变径迹探讨楚雄盆地的热史及剥蚀史

磷灰石裂变径迹分析法是恢复沉积盆地热史的一种有效方法．以大量的磷灰石裂变径迹资料为基础,分析了楚雄盆地海相地层热历史及地层剥蚀量。本区测试的各个样品的单颗粒年龄分布特征总体上集中程度不太好,分散性较强,反映这些样品可能均未经历125℃以上的完全退火;封闭径迹长度的分布特征反映本区具有较复杂的热史,这可能与楚雄盆地构造变动强烈并伴有多期次火山活动有关。裂变径迹反映本地区3个主要不整合（D₁/O₂、T₃/D_2、K₂／J₂)具不同的剥蚀量,表明楚雄盐地曾有较为复杂的剥蚀史：其中云参1井3个不整合的剥蚀量分别为220m（D₁/O₂)、180m(T₃／D₂)和105m(K₂／J₂);云龙凹陷露头剖面3个不整合的剥蚀量为263m（D₁/O₂）、149m(T₃／D₂)和280m(K₂／J₂)。     

水稻灌区节水灌溉的尺度效应

探讨了节水灌溉尺度问题,指出产生节水灌溉尺度现象的原因是由于灌溉过程中回归水的重复利用.结合漳河灌区的实际,讨论了水稻种植区在不同尺度下的水平衡要素及其在节水尺度效应中的作用;说明随尺度的增大,水平衡过程变得复杂化,节水尺度效应现象也更突出.利用漳河灌区田间试验数据和灌区长系列的历史资料,分别从田间、中等、灌溉干渠和灌区共四个尺度,定量地分析了水稻节水灌溉对水分生产率以及水分利用率的影响.结果表明,节水灌溉技术的采用不仅可以提高田间尺度的灌溉水分生产率,也促进了漳河灌区灌溉水分生产率的整体上升.     

喀什噶尔河流域水文气象特征及地下水开发利用潜力分析

喀什噶尔河流域位于我国新疆维吾尔自治区的西南部,水资源是该区域经济发展、农民增收和社会稳定进步的基础命脉。为研究流域水文气象特征及地下水开发利用潜力,基于历史水文气象资料和地下水开采量进行具体分析,结果显示:流域水文气象特征主要表现为降水量区域分布差异大,一年四季气候变化较大,气温变化显著,昼夜温差较大;流域广大地区降水稀少,平原无降水径流产生,海拔5 000 m以上的冰川和永久性积雪是径流补给的主要来源;流域内灌区地下水可开采量为114 776. 00万m3,地下水用水量为86 154. 17万m3,占可开采量的75. 06%,地下水开发利用程度中等,具有一定的开发利用潜力。分析结果对流域水资源的可持续利用具有很大的意义。     

三江源区大气水汽含量时空特征及其转化变化

利用1979-2016年ERA-Interim再分析资料提供的1°×1°水汽通量和大气可降水量（PWV）数据,采用相关性分析、趋势分析法、累积距平及反距离加权（IDW）等方法,研究三江源地区PWV与水汽通量的时空分布特征和降水转化率（PCE）。结果表明:①过去38年来,经、纬向多年平均水汽通量分别为2.0 kg/（m·s）、10.3 kg/（m·s）,水汽通量纬向增幅高于经向,水汽在纬向汇入为主,经向输出为主;② PWV呈微弱增多趋势,年平均PWV为1 791.6~2 278.9 mm,季节平均PWV为122.2~1 134.2 mm,不同季节内空间差异明显;③三江源区多年平均PCE为24.6%,1989年最高,达32.8%;季节与多年平均PCE空间分布一致,都表现出由东南向西北递减的变化特征,季节分布变化差异大;④该地区空中水资源丰富但自然PCE低,开发潜力大,应用前景广阔。     

1998～2007年中国农业用水分析

中国农业用水在未来将面临巨大的挑战。根据国际农业用水研究和政策领域近10年出现的范式变迁的核心内容,建立了基于"绿水"、"蓝水"的中国农业用水的新综合分析框架。并利用广义农业水资源量和广义农业水土资源匹配的概念和评估方法,分析了全国1998～2007年10年间4种主要粮食作物(水稻、小麦、玉米和大豆)的农业用水、耗水以及水分生产力变化趋势和现状。结果表明:中国广义农业水资源量中57%来源于耕地有效降水的"绿水",43%来源于耕地灌溉"蓝水"。主要粮食作物水分生产力水平已经接近或达到世界较高水平。未来继续提升水分生产力的任务将会更加艰巨。因此,为保证中国粮食安全,建议国家设立"粮食安全水资源红线"。同时,根据广义农业水资源量的分析计算,主要粮食作物用水安全红线应该划定在大约7800亿m3左右。     

下垫面蒸发和云中凝结分馏对降水稳定同位素影响的数值试验——空间分布的比较

利用稳定同位素大气水平衡模式（iAWBM）,在一个水平衡和水稳定同位素平衡的框架下以及在相同的气象驱动下,模拟在不同的下垫面蒸发和不同的云中凝结分馏条件下降水中稳定同位素效应的空间分布特征,并通过与GNIP实测数据的比较以及模拟试验结果之间的相互比较,揭示云中的稳定同位素分馏和从下垫面蒸发的水汽同位素δ_e对降水中稳定同位素变化的可能影响,增进对全球水循环中稳定同位素效应的理解和认识。结果显示：iAWBM的4个模拟试验均很好地再现了全球降水中平均δ¹⁸O和平均δ¹⁸O季节差的空间分布特征;很好地模拟了降水同位素的温度效应、降水量效应的分布特点以及全球的大气水线MWL;比较而言,平衡分馏假设下模拟的全球降水中平均δ¹⁸O的空间分布与根据GNIP数据得到的实际空间分布以及模拟的全球MWL与实际MWL最接近,且模拟效果亦最好;动力分馏假设下模拟的降水中δ¹⁸O平均季节差的空间分布与根据GNIP数据得到的实际分布之间的相关程度较好,且拟合水平明显提高;在动力分馏和δ_e季节性的假设下,iAWBM再现全球δ¹⁸O-T和δ¹⁸O-P相关关系空间分布的能力较强。     

Research Advance in Air-Water CO2 Exchange of Estuaries

Estuary holds a key position in linking the four geo-spheres, i.e., atmosphere, lithosphere, hydrosphere and biosphere. Figuring out the transfer mechanisms of estuarine carbon, especially the exchange ofCO₂ at the air water interface is conducive to understanding the carbon pattern in coastal oceans. To date, many fruitful studies have been conducted on the control mechanism towards the partial pressure of CO₂ (pCO₂) in different estuarine areas around the world. By a thorough research on the latest studies of estuarineCO₂ exchange with the atmosphere, it is concluded as follows: ①A common pattern is found on the spatial distribution of pCO₂in different estuarine areas. However, the concrete seasonal change of pCO₂ shows great differences, and the corresponding control factors also vary considerably. ②Estuaries are believed to be large sources ofCO₂ to the atmosphere. It is estimated that the global estuarineCO₂ degassing fluxes, although the global surface area of estuariesis small, are up to 0.25×10¹⁵~0.50×10¹⁵g C/a; and about 1/3 of riverine carbon is released into the atmosphere during the estuarine transit. ③Degradation of organic matter, lateral transfer of marsh derivedCO₂ , mineral deposits in water and turbulence in the liquid phase are the main factors that are responsible for the emission of estuarineCO₂ . At present, this estimate of estuarineCO₂ exchange with the atmosphere is based on limited spatial data, therefore problems such as the limitation in the depth and scope of studies still exist. There are also varieties of uncertainties in the estimation of gas transfer velocity and the whole areas of global estuaries, all of them make it difficult to reach an accurate evaluation ofCO₂ fluxes at the air water interface. It is difficult to predict the future trend of theCO₂ exchange at the air-water interface due to the complexities of the driving forces and feedback mechanisms in estuarine carbon cycle and the intense anthropogenic disturbance. Investigating the mechanism of pCO₂ in estuarine areas, improving the accuracy of evaluation ofCO₂ fluxes and comparing studies of different estuaries would be new scopes in the future researches on the exchange ofCO₂ at the air-water interface in estuaries.     

中国陆相盆地油页岩形成环境与成矿机制*

近10年来,油页岩勘探开发和成矿理论研究取得重要进展。作者在前期研究和系统调研的基础上,概要总结了中国陆相油页岩的形成环境和成矿机制。总体表明,油页岩易形成于相对较高的O₂和低CO₂浓度的大气背景下,具有4个主要成矿期次;盆地内构造和古气候协同控制油页岩的矿床规模,补偿环境易于形成深水油页岩,而过补偿环境沉积浅水油页岩;深水油页岩沉积于半深湖和深湖环境中,湖底均处于贫氧—缺氧的状态,生物生产力为控制油页岩品质的关键因素,有利条件的持续时间和低含氧区范围决定油页岩矿床的规模;浅水油页岩沉积于湖沼环境中,富营养化和浊水藻型湖泊是沉积油页岩的前提,湖泊自身恢复和古气候调节作用导致油页岩厚度小、横纵向非均质性强;部分地质事件,缺氧、火山活动和热液、海侵,有助于提高生物生产力和形成缺氧环境,促进油页岩沉积。基于油页岩形成环境归纳,总结出深水和浅水油页岩成矿机制。进一步结合中国大陆区域构造演化,认为中国油页岩时空分布主要受控于古亚洲、特提斯和环太平洋构造域的影响。     

华南地区石炭纪-早二叠世早期成冰期的地球生物学过程与烃源岩的形成

石炭纪-二叠纪冈瓦纳大陆成冰事件控制着全球(尤其是华南地区) 的海平面变化, 从而决定着生境型及生产力的变化.冈瓦纳大陆成冰事件造成石炭纪-早二叠世早期有4次全球性海退, 其中Tournasian末期到Visean早期的海退在华南地区最为明显, 导致生境型发生了明显的变化.在盆地相区, 由斜坡相(Ⅴ₁) 转变为下部浅海上部(Ⅳ₁).在远岸碳酸盐台地区, 由上部浅海(Ⅲ₁)、(Ⅲ₂) 转变为潮间带(Ⅱ₁)、潮下带(Ⅱ₂).在连岸碳酸盐台地区, 由浅水碳酸盐沉积区(Ⅱ₁)、(Ⅱ₂) 转变为陆相或海陆交互相沉积区.通过对生境型、生物类群的分布及氧化还原环境的分析, 探讨了冰期与间冰期生物群的演替、海洋生物生产力及埋葬条件的变化, 进而确定成冰事件对烃源岩形成和分布的控制作用.      

土体强度参数变异水平及影响因素关联分析

利用大样本数据掌握土工参数的变异性特征,可为岩土工程可靠度分析中计算指标选取提供客观依据,提高分析结果准确性。收集了国内不同地域6条铁路勘察近千个试样的土工试验数据,经工程地质单元的聚类分析验证,建立了13组土样大样本,采用概率统计方法分析了土体强度参数c、φ的分布特征及变异系数变化规律,基于灰色理论讨论了强度参数变异水平受土体物理力学指标影响的关联性排序。研究表明:勘察工点地基土体强度参数变异系数δ_c、δ_φ均普遍处于大变异水平,且两者间呈现协同变化的正相关规律;反映土体状态特性的液性指数I_L、含水率w、压缩系数a_1-2以及天然孔隙比e与δ_c、δ_φ系数间的关联性强于体现土质自身性质的塑性指数I_P,其中,I_L是影响δ_c、δ_φ的首位因素,a_1-2和w分别为次位影响因素。得到的强度参数变异水平与影响因素关联特征,可为样本数量有限下土体强度参数的不确定性判断提供先验信息。     

纳林河二号煤矿涌水水源判别的PCA-Logistic方法

纳林河二号煤矿作为纳林河矿区的第一对大型矿井,生产初期由于其自身复杂的水文地质条件和采掘的强扰动,导致涌水事件时有发生,给矿井的安全生产造成严重威胁,快速有效地找到涌水水源是防治矿井水害的关键。通过对纳林河二号煤矿主要含水层及采空区水样进行水质分析并绘制Piper三线图,揭示矿区各含水层地下水及采空区水的水化学特征,统计Ca2+、Mg2+、Na++K+、HCO₃-、Cl-、SO₄2-、pH和矿化度8个指标作为水源判别的原始数据,经主成分分析法（PCA）处理得到4个主成分F₁、F₂、F₃和F₄;将4个主成分的值作为Logistic回归模型的判别指标,建立纳林河矿区涌水水源判别模型;以36组标准水样作为训练样本,发现模型回代准确率为97.22%,再利用建立的模型对4组待判水样进行判别,结果与实际分析相符。研究结果表明:主成分分析和无序多分类Logistic回归方法相结合的涌水水源判别模型能够有效消除样本原始数据间的冗余信息,使涌水水源判别结果更加快速准确,可为矿井防治水工作提供决策和依据。移动阅读      

云南老厂雨汪煤层气区块气水成因及产能响应

为提高云南老厂雨汪区块煤层气(CBM)产能,基于6口煤层气先导试验井的气体样品组分、甲烷碳同位素、产出水氢氧同位素及微量元素测试结果,结合研究区煤层气地质条件和产能特征,分析了气体组分、水的氢氧同位素特征及微量元素成分对产能的指示意义。结果表明:研究区煤层气气体组分以CH₄为主,含少量C₂H₆、N₂和CO₂,不含重烃,为热成因气,并经过了后期的次生改造。煤层气井产出水的氢氧同位素特征说明产出水来源于大气降水,呈现明显的¹⁸O漂移特征。主成分分析结果显示产出水微量元素成分可以归纳为两个主成分,分别反映气井的产气和产水情况。根据煤层气井气水产出情况、产出水的氢氧同位素特征、微量元素成分综合分析表明,当前雨汪区块除LC-C3井外其他井产出水主要为压裂液,储层降压受限,导致气井产量较低。     

中国南方二叠纪层序地层划分与对比

对中国南方二叠纪时期不同沉积盆地类型的沉积层序进行了深入研究,综合各种盆地类型的沉积层序,该期可识别11个层序单元(S₁～S₁₁),其中,栖霞、茅口、吴家坪三阶分别含三个层序,长兴阶两个层序,S₁、S₆、S₇、S₁₁为Ⅰ型,其余为Ⅱ型。层序对比显示,上、中、下扬子的层序数量相近,界面特征各不一致,靠近古陆处在P/C、P₁/P₂界线间缺少层序1～2、3～5个不等;华南太平洋构造域影响区层序体系域具HST>TST结构,特提斯域控制区则具HST