巴丹东、西湖地貌演化及其对湖泊水体特征的影响

巴丹湖区位于巴丹吉林沙漠的东南缘,发育很多被纵向沙垄一分为二、水体化学特征悬殊的双湖系统。前人对此类湖泊成因及风成地貌过程如何影响湖泊水文特征缺乏系统的研究。通过对沙漠东南缘局部风向和巴丹东、西湖湖盆形态的分析反演湖区的地貌演化,从而对湖泊水化学等特征的差异进行解释。水化学测试结果显示：巴丹东湖湖水的TDS为15 g/L左右,为微咸水;西湖的TDS是东湖的上百倍,为盐水。Google Earth遥感影像和DEM反映出巴丹吉林沙漠盛行NW风,东南缘风向及风力多变;巴丹东湖湖盆深于西湖湖盆。反演了巴丹湖地貌演化的3个阶段：(1)月牙湖形成阶段,即巴丹湖的形成阶段;(2)双湖系统形成阶段,气候干旱使湖泊水位降低、湖盆出露,在NW定向风作用下,新的新月形沙丘形成于湖盆上,将其分割从而导致巴丹东湖湖盆遭受风蚀;(3)纵向沙垄形成阶段,由于局部风向的改变,新月形沙丘在SW向风力作用下往NE向不断延伸,并转变成纵向沙垄。综合分析认为：气候变化是风成地貌演化的驱动力,多次风向的改变产生了湖盆地形西高东低的差异,导致东湖接受的浅层地下水补给大于西湖;当气候变得暖湿时,水位上升致两湖水体连通,由于东湖水位高于西湖,使东湖盐分释放、西湖盐分积累。因此,受地貌演化的影响,巴丹东、西湖形成了悬殊的盐度特征。     

用渗透性随深度变化规律确定大尺度岩体变形模量

采用渗流场-应力场耦合的观点,用表征渗透性的单位吸水量数据,反求了岩体宏观力学参数——岩体变形模量。裂隙岩体的渗透性大小是裂隙宽度的函数,而岩体不同深度的裂隙宽度由应力大小和变形模量决定,因此可以通过裂隙宽度把渗透性参数和岩体力学参数结合起来。以小浪底水库左岸砂泥岩裂隙岩体T41地层为实例研究表明,该方法求得的岩体变形模量符合随着应力增大而增加这一规律,也符合风化岩体变形模量相对较小这一规律,并且数量级与收集到的相近岩体的变形模量一致,因此所求结果是可靠的。     

纳米塑料颗粒在饱和多孔介质中的迁移规律

针对纳米塑料颗粒在饱和多孔介质中的迁移及其影响因素, 以纳米聚苯乙烯(PSNPs)作为典型纳米塑料颗粒, 通过实验和理论相结合的方法研究纳米塑料颗粒的迁移规律。以经典DLVO理论计算出PSNPs与石英砂颗粒之间的相互作用能, 分析预测PSNPs与石英砂之间的吸附、聚沉。在柱实验中, 以石英砂作为多孔介质填充到砂柱中, 让PSNPs在一维饱和砂柱中迁移, 研究不同条件下PSNPs的迁移行为和影响因素。结果表明, 当离子强度由1 mmol/L增至50 mmol/L(电解质为NaCl), PSNPs与石英砂颗粒之间的相互作用能的势垒则从215.13 KT逐渐降低至45.9 KT使得PSNPs更易于吸附在石英砂介质表面, 从而降低PSNPs在多孔介质中的迁移能力, PSNPs的穿透率由62.16%降至3.65%。当离子强度由0.1 mmol/L增至5 mmol/L(电解质为CaCl₂)时, 势垒则由33.72 KT降至14.03 KT, PSNPs的穿透率从82.46%降至4.27%。这些实验现象说明增加离子强度对PSNPs的穿透起到抑制作用, 且Ca2+比Na+具有更强的电荷屏蔽作用。同时提高PSNPs的初始浓度、流速和介质粒径均可增大PSNPs的穿透率, 而大粒径PNSPs颗粒的穿透率则较小。研究中构建了PSNPs实际运移与理论之间的关系, 进一步推进PSNPs的环境行为和机理研究, 为系统全面评价纳米塑料颗粒在土壤-地下水中的环境风险和生态安全提供科学依据。      

硫酸和硝酸对桂林毛村碳酸盐岩溶蚀的室内模拟

硫酸和硝酸对碳酸盐岩的溶蚀会减少岩溶碳汇量,但其定量关系有待进一步研究。文章根据野外水体中SO42-、NO3-浓度,在室内封闭条件下分别设计了碳酸（0.033 mol?L-1）、硫酸和硝酸（0.1~1.7 mmol?L-1）（CSN酸）及硫酸、硝酸（0.1~1.7 mmol?L-1）（SN酸）对碳酸盐岩的溶蚀实验,实验历时144 h。结果表明:CSN酸中泥晶灰岩和白云岩的溶蚀速率均大于SN酸的。CSN酸中,泥晶灰岩溶蚀速率总体均高于白云岩,平均值分别为1.34 mg?（cm2?d）-1和1.21 mg?（cm2?d）-1。而在SN酸中,二者溶蚀速率差别不大,平均值分别为0.92 mg·（cm2?d）-1和0.93 mg·（cm2?d）-1;HCO3-浓度与溶蚀速率结果对应,泥晶灰岩和白云岩在CSN酸溶蚀液中HCO3-平均值分别为1.43 mmol?L-1和1.33 mmol?L-1,而在SN酸中泥晶灰岩的HCO3-低于白云岩,平均值分别为0.33 mmol?L-1和0.39 mmol?L-1。CSN酸中HCO3-浓度随酸浓度的增大而减小,而SN酸中其浓度随酸浓度的增大而增大。当SO42-、NO3-浓度为0.1~0.3 mmol?L-1时,碳酸对白云岩的溶蚀作用占75.89%~58.64%,对泥晶灰岩的溶蚀作用占80.21%~59.06%,当SO42-、NO3-浓度大于0.44 mmol?L-1时,其溶蚀作用小于50%。当SO42-、NO3-浓度为0.0~0.2 mmol?L-1时,野外实测数据与模拟数据基本吻合;当浓度>0.2 mmol?L-1时,野外实测碳酸对碳酸盐岩的溶蚀比例高于模拟实验。研究结果进一步说明了硝酸和硫酸对碳酸盐岩溶蚀作用的显著影响,可为其他酸对岩溶碳汇影响提供参考。      

巴丹吉林沙漠地下水流场的宏观特征

黑河流域下游盆地与周边地区的水力联系是当地生态建设的关键问题。巴丹吉林沙漠与黑河流域下游盆地存在长达180 km的交界线,由于水文地质调查程度低,其地下水的流场不清楚,黑河流域下游天然水均衡账本中存在不确定因素。针对这个问题,在已有水文地质调查基础上,开展了巴丹吉林沙漠区域尺度的水位调查和钻孔勘探,获得461个已知水位点和63个水位约束点,绘制出巴丹吉林沙漠浅层地下水一级近似等水位线图。结果表明:研究区地下水位具有东南高、西北低的特点,水力梯度0.6‰~4.0‰,沙漠东南部地区的湖泊对地下水流场具有扰动作用,但没有改变宏观的地下水流向;第四系松散砂层是巴丹吉林沙漠浅层地下水的主要含水层,根据现有钻孔和物探资料,第四系沉积物在沙漠腹地较厚、边缘较薄,覆盖厚度普遍超过100 m,联通了沙漠和黑河流域下游地区的地下水;巴丹吉林沙漠的地下水补给黑河下游的古日乃湖、额济纳旗平原和拐子湖地区,地下水侧向出境流量为(0.61~1.97)×10⁸ m³·a^-1,其中进入古日乃湖平原的流量达到(0.33~1.06)×10⁸ m³·a^-1。计算结果仍然受到一些不确定因素的影响。     

巴丹吉林沙漠盐湖跃层对地下淡水排泄的指示作用

位于阿拉善高原的巴丹吉林沙漠分布有大量盐湖.为揭示盐湖分层特征以及地下水对盐湖水体的影响,选取沙漠腹地的第二大盐湖——苏木巴润吉林,对9月份湖水的温度和电导率剖面进行了观测.结果表明,尽管所测盐湖宽深比大于90,还是存在温跃层.温跃层的矿化度(TDS)为60~160 g/L,靠近湖底的水体存在TDS低值异常区,形成化跃层,推测为地下淡水集中排泄所致.这种湖底泉在其它较浅的盐湖水体中也存在,说明深、浅层地下水对盐湖水分及盐分都有贡献.温跃层水温随深度的变化近似符合静止水体的热传导规律,并没有受到地下水排泄热量的显著影响.研究区盐湖跃层的季节性变化还有待进一步研究.     

巴丹吉林沙漠湖泊水分补给机制的模拟——以苏木吉林湖区为例

巴丹吉林沙漠气候干旱,蒸发强烈,与之形成鲜明对比的是沙漠腹地湖泊群的长久不衰,目前对于湖泊水分的补给来源仍存在争议.本文以水量均衡为基础,在苏木吉林湖区开展了降水、蒸发及湖水位和地下水位的动态监测,结合已有的水文地质资料建立地下水流动三维模型,重现湖区地下水位的季节动态变化,并基于模型进行水均衡分析.结果表明:苏木吉林湖区降水入渗补给量不足以平衡湖泊蒸发量,湖泊需要深层承压水的越流补给;湖水位和地下水位均呈现正弦曲线形态,11月最低,4月达到峰值,水位变幅分别为22和18 cm;湖区地下水多年平均总补给量为11620 m3/d,其中降水和承压水越流分别约占13%和87%,降水补给量夏季高、冬季低,承压水越流补给量季节变化不明显;承压水越流补给量可能主要来源于沙漠周边山区降水,未发现明显的水量亏空需要断裂导水来弥补.研究结果为巴丹吉林沙漠地下水资源分析及合理利用提供科学依据.     

漓江流域碳氮同位素组成特征及其来源初探

以漓江流域境内地表河和地下河为研究对象，通过测定、分析水体中的水化学组成以及δ13C_DIC、δ15N-NO₃-、δ18O-NO₃-等，利用同位素质量平衡混合模型，初步探讨了漓江流域境内DIC、硝酸盐的分布特征及其来源.结果表明:漓江流域DIC（即HCO₃-）浓度和无机碳稳定同位素（δ13C_DIC）分别在12.20~402.60 mg·L-1和-17.29‰~-10.01‰，平均值分别为140.3 mg·L-1和-13.06‰.NO₃-浓度在2.37~35.38 mg·L-1，δ15N-NO₃-在0.99‰~11.09‰，均展现出明显的空间变异特征.有机肥和污水对漓江流域硝酸盐的贡献最为显著，贡献比达57.00%.其次是化肥、降雨中的NH₄+和土壤N，贡献比分别是36.45%，6.55%.流域内DIC主要来源于碳酸盐岩的风化和土壤CO₂的溶解，同时也受硝酸溶蚀碳酸盐岩和大气CO₂的影响.结果可为定制有效的控制硝酸盐的输入途径，净化水质测略提供依据.      

基于钻孔抽水试验和示踪试验的岩溶地区含水层结构研究

岩溶含水层具有强异质性和各向异性特征,其空间结构的调查和认识是地下水流动和污染物迁移研究的重要基础。然而,岩溶含水层特殊的地质结构导致岩溶区水文地质调查非常困难。为了更好地掌握研究区岩溶含水层结构特征,本文在进行抽水试验的同时开展多示踪剂（荧光素钠、罗丹明、荧光增白剂）示踪试验。利用Theis标准曲线对比法分析抽水试验数据,计算试验场地渗透张量,根据示踪试验结果分析含水层结构性质。计算出研究区渗透张量主方向的导水系数分别为:0.297 m2·h-1和0.028 m2·h-1,给水度为1.19E-04,优势方向为东偏南18.47°。抽水条件下示踪试验获得3种示踪剂的回收率分别为:荧光素钠97.98%,罗丹明B47.34%,荧光增白剂39.54%;平均流速分别为:0.378 m·h-1、0.3 m·h-1和0.14 m·h-1,反映研究区岩溶孔隙、裂隙较小,示踪剂运移慢、时间长。荧光素钠和荧光增白剂的BTC曲线表现为单峰型,罗丹明B的BTC曲线表现为多峰型,表明研究区既发育优势流裂隙,又发育相对均匀裂隙。同时,示踪剂最大回收率方向与抽水实验所得渗透张量主方向相符。研究结果为岩溶含水层精细结构的刻画,水文模型物理参数的确定提供了方法和依据。