水文地球化学模型研究进展

水文地球化学模型是目前水文地球化学研究的重要工具,通过模拟可以确定地下水系统中的水化学演化过程,揭示地球深部的水循环机理。同位素方法的使用、模型的完善及模拟程序的不断升级,使得模拟工作得到进一步发展。本文重点概述了水文地球化学的主要模型:组分分布模型、质量平衡模型和反应路径模型。近几年中,在放射性废物处置、地下水中有机污染影响及垃圾填埋场渗滤液迁移方面,水文地球化学模型得到了很好的应用。考虑环境问题以及与水动力学模型耦合是水文地球化学模型今后的发展方面。     

地下水数据信息管理系统研究

在分析与地下水有关的数据信息基础上,提出了较为合理的地下水数据信息管理系统结构,并将该系统所应实现的功能设计为数据管理功能、分析计算功能、图形功能、报表功能四大部分,分别对它们所完成的任务及各功能的开发思路进行详细阐述。同时以安徽省淮北地区为例,就该系统的实际应用效果进行了验证。     

南澎列岛近海海域底拖网鱼类组成的季节性变化

1991年逐月对南澎列岛近海海域作底拖网调查,共捕获鱼类132种,其中软骨鱼类7种（4目6科6属）,硬骨鱼类125种（10目58科95属）,后 者以鲈形目居多（69种）。全年渔获优质种类为条尾鲱鲤、黑天竺鱼、二长棘鲷、大头狗母鱼、多齿蛇鲻、三线矶鲈、绿布氏筋鱼、多鳞Xi和乔氏台雅鱼等9种,其渔获尾数之和是渔获总数的71．1％。季节性优势种类除全年优势种类外,尚有粗纹Fu、半线天竺鲷、印白姑鱼、静Fu和翼红娘鱼等5种;各种类全的渔获尾数及出现月份数相关,各月份的渔获尾数和渔获种数不相关;渔获物中仅有少量的中上层鱼类（13种）。就适温性而言,该海区鱼类以亚热带性为主并兼有热带性特征,以Shannon、Brillouin、Simpson和McIn-tosh等多样性指标及相应的Hurlbert均匀度指标对逐月样本做估计,这8种指标之间高度显著相关;该海域鱼类的Shannon多样性指标及相应的均匀度指标皆以秋冬季为高,春夏季较低。     

迭代法在现代地下水年龄估算中的应用——以银川平原为例

为克服应用氚同位素方法确定现代地下水年龄过程中存在的,需确定地下水系统输入项的历史背景浓度问题,本文根据地下水同位素数学物理方程,以全混模型为例,利用不同时期地下水同位素的测试结果,通过数学迭代运算,推导出计算现代地下水年龄的计算公式。该方法不仅可以很好地解决地下水系统输入项氚背景浓度恢复时间序列较长的问题,而且对于提高地下水的定年精度具有十分重要的意义。该方法应用到银川平原取得良好的效果,研究表明银川平原浅层地下水的周转时间为30 a。      

CO_2水合物海水淡化流程实验研究

利用自行研制的水合物海水淡化装置,进行了添加R141b的CO2水合物海水淡化技术研究,实现了不同级别的海水淡化,并初步探讨了不同流程海水淡化的经济能耗。实验结果表明,所得一至三级淡化水的多项离子浓度指标满足饮用水标准,四级淡化水的指标均优于饮用水标准。利用该技术得到137 mL盐度为4.5‰的淡化水,能耗为0.092 kWh,耗时11.5 h;而得到80 mL盐度仅为0.3‰的淡化水时,能耗则增加为0.743 kWh,耗时33 h。三级淡化流程产量较高,盐度较低,可在兼顾能耗的前提下得到纯度较高的淡化水,是该技术比较理想的淡化流程。     

一次陕西关中强暴雨中尺度系统特征分析

应用高分辨率中尺度数值模式WRF模拟了2007年8月8-9日陕西关中强暴雨过程,根据模式输出结果对强暴雨中尺度对流系统(MCS)的发生、发展规律、形成原因和三维结构,特别是暴雨过程中3个大暴雨中心的β中尺度对流系统(MβCS)的细微结构包括三维流场、动力和热力结构进行了分析。结果表明,此次强暴雨过程与一个α中尺度低涡的生成密切相关,其内部强烈发展的MβCS直接产生了岐山、礼泉、高陵3个强暴雨中心的对流降水;MβCS在850,700和500 hPa上分别表现为辐合(涡旋)系统、西北—东南向暖式切变线和阶梯槽。高空西风急流入口区右侧的动力强迫是对流层高层暴雨区辐散形成和加强的原因,动力强迫引起的非地转风是暴雨形成的原因之一;中空阶梯槽携带的干冷空气从后方流入雨团起到了对流不稳定的加强作用;低层和地面不同方向的风和风速形成的中尺度辐合以及中尺度西南急流和东南急流触发了强降水的发生,强降水的发生又激发了中尺度急流扰动,中尺度急流扰动对暴雨维持和加强起到了反馈作用;秦岭山脉的屏障作用和关中喇叭口地形的动力抬升作用有助于关中强暴雨的发生和加强。产生3个强暴雨中心的MβCS有不同的流场、动力、热力垂直结构:中低层不同方向和不同层次的气流流入β中尺度降水云塔,在不同高度上形成了不同的垂直环流支,云塔中的上升气流一直伸展到200 hPa(或150 hPa)后向东南、东北流出;歧山暴雨中心450 hPa以上为强辐散,450 hPa以下暴雨中心南侧为弱辐散和辐合、北侧为辐合和弱辐散,垂直上升运动先向南、后向北倾斜直至对流层顶;相当位温呈双高能中心形成的双重位势不稳定层结结构,温度则表现为中层两个暖中心、上下层冷中心的特征;礼泉和高陵暴雨中心为整层强上升运动柱与强散度柱和正涡度柱耦合,礼泉上升运动柱存在一个高、低层冷而中上层暖的特征,具有类似于地面气压场的鞍形结构,即中低层不稳定、中高层稳定、中层为中性的层结结构;高陵暴雨中心南缘550 hPa以下是高能量和温度离差锋区,其上空400 hPa以下为近饱和水汽柱。     

一个锢囚状中尺度对流系统的多尺度结构分析

利用多普勒雷达、气象卫星、自动气象站等监测资料、1°×1°NCEP再分析资料和4DVAR雷达反演低层风场资料,运用雷达拼图图形叠加、剖面和中尺度滤波等分析手段,对2007年7月18日华北东部一个锢囚状a中尺度对流系统(MaCS)的多尺度空间、动力结构及其演变进行了细致地分析.结果表明:(1) MaCS生命史分为发生发展...     

显微激光拉曼光谱测定天然气水合物的方法研究

天然气水合物是由烃类气体在一定的温度和压力下与水作用生成的一种非化学计量的笼型晶体化合物,显微激光拉曼光谱是测定其水合指数、笼占有率等结构参数的重要手段。天然气水合物极易分解,不能在常温常压下进行分析测试。本文针对天然气水合物的特性,研制了一套适合显微激光拉曼光谱法测定水合物的小型装置,将样品放入液氮罐中,定期加入液氮(-196℃)保存,确保在测定的过程中甲烷水合物保持稳定状态,解决了肉眼不可见水合物的微观识别问题。对实验合成的一系列不同体系的甲烷水合物和我国海域和陆域的水合物样品进行了分析,探讨了水合物样品的合成、保存和处理方法,研究了拉曼光谱测试条件,揭示不同条件下形成的水合物笼型结构特征。分析结果表明,对同一样品,测定水合指数的相对标准偏差小于1%,方法准确可靠,经分析南海神弧海域水合物为典型Ⅰ型结构的水合物,祁连山冻土区水合物为Ⅱ型结构的水合物,可为我国天然气水合物研究提供必要的结构信息。     

序

中国是世界上水资源极为短缺的国家之一。作为一种重要的国家战略资源,地下水对于保障我国饮用水供水安全具有举足轻重的作用。据水利部2018年水资源公报,我国地下水供水量976.4亿m3,占总供水量的16.2%,是400多个城市（占城市总数的60%以上）的主要水源。作为重要的饮用水源,地下水的水质好坏直接影响饮水安全和人民身体健康。 我国有1/3左右的地下水是在天然地质条件下形成的原生劣质地下水,分布广泛,不宜作为生活饮用水源。 随着人类活动加剧,地下水污染日趋严重。据中国地质调查局的调查结果显示：在北方地下水强烈开采的地区,浅层地下水矿化度、硬度显著升高;南方部分地区浅层地下水酸化明显,珠江三角洲地区酸化尤为突出。国家地下水监测工程2018年对全国地下水监测点35项无机组分水质指标测试结果显示我国地下水水质为I类的仅占2.13%,II类的占11.01%,III类的占1.91%,而IV类高达68.39%,V类的占16.56%,可见全国地下水水质污染程度之高。地下水质的恶化造成”水质性缺水”,它又进一步地加剧了我国缺水的严峻局面。 地下水污染具有来源复杂和污染途径众多的特征。环境中的污染物可以通过各种自然和人为途径进入地下水系统,导致地下水污染。人类活动,如农业灌溉、农药化肥的使用、工业废水和城市污水的下渗、化学或有毒有害废物的泄漏、地下水开采、地面污染物随降水淋滤渗入、受污染的地表水与地下水交互作用等,都是污染物进入地下水的主要途径。 地下水污染是一个复杂的地质地球化学生物地球化学的耦合过程。污染物进入地下水系统后,受各种物理、化学和生物因素的影响在地下水中迁移转化。对流、扩散、弥散等物理过程,沉淀溶解、吸附解吸、氧化还原等化学反应,生物富集、降解、萃取等生物过程,不但直接和间接影响地下水污染物的迁移和转化速率,以及地下水中污染物的浓度及其时空分布,而且也会导致地下水环境条件（如溶解氧浓度、氧化还原电势、微生物群落组成和功能的改变等）的变化,而环境条件的改变反过来又影响污染物迁移转化速率。 地下水污染具有长期性、隐蔽性和难以修复的特征。开展地下水污染过程的深入研究,不仅是认识污染物在地下水系统中迁移转化规律以及它们对生态环境影响的基础,也是控制污染源头、开发经济高效地下水修复和管控技术的关键,对保护地下水资源和饮用水安全具有重要的战略意义。 20世纪80年代以来,美国等发达国家投入大量资金和人力资源,在地下水污染防治技术领域取得了众多创新成果,地下水环境修复产业也日趋成熟。而我国地下水污染的系统防治工作开展相对较晚,加上我国地下水污染成因和水文地质条件复杂多样、研发投入不足、地下水环境修复产业基础较为薄弱等,造成我国在地下水污染防治技术方面还存在着一系列亟待解决的难题。 当前地下水面临的巨大污染风险和水质安全问题,引起了党中央和各级政府的高度关注。习近平总书记特别强调“确保地下水质量和可持续利用是重大的生态工程和民生工程,坚决遏制地下水污染加剧的趋势”。近年来,在科学技术部、国家自然科学基金委、生态环境部、自然资源部等支持下,我国相继开展了一系列有关土壤和地下水污染防控的重大科技攻关项目,在地下水污染调查和评价、地下水污染物迁移转化机理、地下水质保护和地下水污染修复关键技术、材料和设备研发等方面都取得了重要进展,有力地推动了地下水污染防治工作。 科技期刊是科技事业的重要组成部分,是科学技术发展的基础支撑和国家战略资源。《地学前缘》作为具有广泛和重要影响的地学主题性学术期刊,创刊以来,出版发行了一系列主题专辑,对推动地学事业发展和服务现代化建设发挥了重要作用。为及时总结我国地下水污染和修复的前沿研究成果、发展态势、研究热点和难点,《地学前缘》编辑委员会约请郭华明、苏小四两位数授担任特约主编,指导和组织了本期“地下水污染与修复”专辑,共收录了21篇稿件。这些稿件紧扣中国地下水污染现状,内容丰富,涵盖了地下水污染调查与评价、地下水污染监测、地下水污染成因与模拟、地下水污染修复技术等诸多领域,很好地展现了我国地下水污染防控领域研究的新进展。相信本专辑相关论文的发表,必将进一步推动我国地下水污染防控领域的科技进步。 正如习近平总书记所强调的那样,“确保地下水质量和可持续利用是重大的生态工程和民生工程”。我国地下水污染的防控任重而道远,需要一代又一代的科研工作者瞄准学科发展前沿,响应国家需求,不断攻坚克难,为取得“蓝天、碧水、净土”攻坚战的胜利做出我们应有的贡献。 吉林大学 2021年9月10日