A two-layer model for studying 2D dissolved pollutant runoff over impermeable surfaces

Dissolved pollutants in stormwater are a main contributor to water pollution in urban environments. However, many existing transport models are semi-empirical and only consider one-dimensional flows, which limit their predictive capacity. Combining the shallow water and the advection–diffusion equations, a two-dimensional physically based model is developed for dissolved pollutant transport by adopting the concept of a ‘control layer’. A series of laboratory experiments has been conducted to validate the proposed model, taking into account the effects of buildings and intermittent rainfalls. The predictions are found to be in good agreement with experimental observations, which supports the assumption that the depth of the control layer is constant. Based on the validated model, a parametric study is conducted, focusing on the characteristics of the pollutant distribution and transport rate over the depth. The hyetograph, including the intensity, duration and intermittency, of rainfall event has a significant influence on the pollutant transport rates. The depth of the control layer, rainfall intensity, surface roughness and area length are dominant factors that affect the dissolved pollutant transport. Finally, several perspectives of the new pollutant transport model are discussed. This study contributes to an in-depth understanding of the dissolved pollutant transport processes on impermeable surfaces and urban stormwater management.     

Investigation of inner-basin variation: Impact of large reservoirs on water regimes of downstream water bodies

Large dams and reservoirs alter not only the natural flow regimes of streams and rivers but also their flooding cycles and flood magnitudes. Although the effect of dams and reservoirs has been reported for some vulnerable locations, the understanding of the inner-basin variation with respect to the effects remains limited. In this study, we analyse the Three Gorges Dam (TGD) built on the Changjiang mainstream (Yangtze River) to investigate the dam effect variations in the system of interconnected water bodies located downstream. We investigated the effect of flow alterations along the downstream river network using discharge time series at different gauging stations. The river–lake interactions (referring to the interactions between the Changjiang mainstream and its tributary lakes i.e. the Dongting and Poyang lakes) and their roles in modifying the TGD effect intensity were also investigated in the large-scale river–lake system. The results show that the water storage of the tributary lakes decreased after the activation of the TGD. Severe droughts occurred in the lakes, weakening their ability to recharge the Changjiang mainstream. As a consequence, the effect of the TGD on the Changjiang flow increase during the dry season diminished quickly downstream of the dam, whereas its impact on the flow decrease during the wet season gradually exacerbated along the mainstream, especially at sites located downstream of the lake outlets. Therefore, when assessing dam-induced hydrological changes, special attention should be paid to the changes in the storage of tributary lakes and the associated effects in the mainstream. This is of high importance for managing the water resource trade-offs between different water bodies in dam-affected riverine systems.     

下辽河平原景观格局演变与预测分析

以下辽河平原为研究对象,选取1980年、2010年和2018年Landsat TM/ETM+OLI卫星图像进行解译,得到3期土地利用数据,定量分析下辽河平原近40年土地利用时空变化特征.结合地形、交通通达度及限制转化因子采用FLUS(Future Land Use Simulation)模型对流域未来土地利用变化情景及景观格局进行了预测.结果表明:1980-2018年水田、林地、草地、沼泽面积均减少,其中水田面积减少量最大,占比减少了8.59％,旱地、水域和城镇的面积均有所上升,旱地的增长面积最大,占比增加了6.19％;水田、林地、水域转入为旱地面积最大,旱地转出为建设用地面积最大;1980-2018年景观格局发生了较大变化,景观的破碎化程度降低,斑块之间的连通度、聚集程度升高,土地利用的集约化程度增大;2018-2040年,下辽河平原建设用地和水田的变化面积最大,城市化过程更加显著,景观的多样性及空间异质性降低,人类对环境的干扰能力变大.     

末次冰消期（1.9万年）以来冲绳海槽中部黏土矿物来源及其环境响应

基于采自冲绳海槽中部的CS2站柱状沉积物黏土矿物和AMS¹⁴C年代分析，探讨了末次冰消期以来冲绳海槽中部黏土矿物的物质来源及其环境指示意义。结果显示，CS2站黏土矿物以伊利石为主，其次为绿泥石，高岭石和蒙脱石含量较少。根据黏土矿物分布趋势变化，CS2站柱状沉积物可划分为3个阶段：阶段（I 19~12 ka BP）和阶段Ⅱ （12~8 ka BP）期间沉积物主要来源于长江，台湾和黄河物质也有一定影响，其物质来源主要受海平面升降的控制；阶段Ⅲ（8~0 ka BP）主要来源于长江和台湾，黄河贡献有限，主要受黑潮演化的影响。CS2站（蒙脱石+高岭石） （/伊利石+绿泥石）比值可以作为东亚季风演化的矿物学指标，指标变化显示出东亚冬季风强度相对夏季风的强度在16.4~14.8 ka BP和12.8~11.6 ka BP期间有两次显著的加强，指示当时气候相对寒冷干燥，结果可以与格陵兰冰心δ¹⁸O和三宝洞δ¹⁸O记录等很好对比。     

基于主成分分析法和监测数据的阿尔泰山采金废弃矿区人工恢复措施效益分析

本文以阿尔泰山两河源保护区采金废弃矿区为研究区，从地形、土壤、水分和地表植被4个方面出发，结合矿区现有条件，设置11种恢复措施，选取丰富度指数、优势度指数、多样性指数、均匀度指数、生物量、植被盖度、物种数及土石比等7个评价指标，采用主成分分析法，得出不同恢复措施的主成分得分及生态效益排名。结果表明，单一恢复措施，如推平、羊群驻扎、泥浆等基本上是从某一个方面来考虑生态恢复的，存在一定的缺陷，恢复效益排名比较靠后；多种措施相结合，不仅能改善土壤环境，也会引起植物群落多样性格局的变化，生态恢复效益很好；同一种恢复措施，施行年限越长恢复效果越好。     

米氏凯伦藻细胞表面膜蛋白质组及其对温度变化的响应研究

米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)近年在我国福建、浙江和广东沿海经常形成赤潮,其赤潮不仅影响到海洋生态系统的稳定,也严重威胁到水产养殖以及人类生命健康安全。本论文以米氏凯伦藻为研究对象,建立了米氏凯伦藻细胞表面膜蛋白质荧光标记技术和细胞膜蛋白质提取方法,运用荧光差异凝胶电泳技术(2-DDIGE)对膜蛋白质进行了分析,并研究了米氏凯伦藻的膜蛋白质组及其对环境温度变动的响应。实验共鉴定到44个细胞表面膜蛋白,其中有效注释27个,主要为转运蛋白、HSP70蛋白家族和捕光蛋白等。米氏凯伦藻在20°C条件下的细胞生长和光合作用要明显好于16°C和12°C,但16°C和12°C条件下的差别不大,表明低温限制了米氏凯伦藻的生长。当米氏凯伦藻从12°C快速转移至16°C和20°C时,藻细胞密度和光合作用效率短时间迅速降低,但细胞很快即适应温度变化。细胞膜上的转运蛋白和光合作用蛋白在其适应温度变化中起着重要作用。     

长江河口潮波传播机制及阈值效应分析

河口潮波传播过程受沿程地形(如河宽辐聚、水深变化)及上游径流等诸多因素影响,时空变化复杂。径潮动力非线性相互作用研究有利于揭示河口潮波传播的动力学机制,对河口区水资源高效开发利用具有重要指导意义。本文基于2007—2009年长江河口沿程天生港、江阴、镇江、南京、马鞍山、芜湖的逐日高、低潮位数据及大通站日均流量数据,统计分析不同河段潮波衰减率与余水位坡度随流量的变化特征,结果表明潮波衰减率绝对值与余水位坡度随流量增大并不是单调递增,而是存在一个阈值流量和区域,对应潮波衰减效应的极大值。为揭示这一阈值现象,采用一维水动力解析模型对研究河段的潮波传播过程进行模拟。结果表明,潮波传播的阈值现象主要是由于洪季上游回水作用随流量加强,余水位及水深增大,导致河口辐聚程度减小,而余水位坡度为适应河口形状变化亦有所减小,从而形成相对应的阈值流量和区域。     

基于波形特征的露天钼矿微震事件的识别分析——以卓资山钼矿为例

基于前人研究成果以及现场的实测结果，采用卓资山露天钼矿微震监测项目产出资料，提取了5类微震事件的波形特征和时频特征。波形特征显示:微地震的振幅、辐射均匀性和频率变化特征表明微地震是由于岩层受到单力偶和剪切力作用破裂而产生；爆破具有P波初动方向向上、S波不易识别的特点，包含“初震段、主震段、尾波段”三段变化形态；小型边坡滑坡波事件属楔体滑坡，是由多个“加速—缓冲—终止”构成，波形是由包络线呈“V”字形的多组脉冲波列组成；机械开采震动事件具有自振能量不变、脉冲幅度相差很大、持续时间间隔不确定的特点；运输车辆波形振幅具有形态“弱—强—弱”、等频率、包络线呈多段纺锤形的特征。时频空间分布可以分为相对独立、界限分明的两类:一类包含微地震、爆破、机械开采、小型边坡滑坡事件，另一类只包含车辆运输事件。     

倒置显微镜拍照法对浮游植物计数的稳定性分析

准确定量分析湖泊河流中浮游植物群落结构对评价湖泊河流健康和保障人类饮水安全至关重要.显微镜镜检法是定量分析浮游植物群落结构的唯一方法,但不能满足浮游植物计数分析要求.在Utermhl倒置计数管视野法基础上提出倒置显微镜拍照法,使用拍照法对小球藻、四尾栅藻、斜生栅藻3种纯藻样品和鄱阳湖野外样品计数得到:1)在5、10倍物镜下拍照因浮游植物个体太小导致计数不准确,在20、40倍物镜下拍照计数准确,增加拍照次数可较好地避免计数偏差,拍照次数是影响拍照法计数分析的主要因素; 2)小球藻、四尾栅藻、斜生栅藻在20和40倍物镜下分别拍摄5和10张照片时每升浮游植物计数稳定;鄱阳湖野外样品在20和40物镜倍下分别拍摄5、10张照片时每升浮游植物计数稳定; 3)倒置显微镜拍照法比计数框行格法、目镜视野法、目镜行格法和Utermhl倒置计数管视野法计数稳定,变异系数最小为0.812.     

四川盆地广安地区中二叠统栖霞组岩石特征与沉积环境

四川盆地中二叠统栖霞组勘探发现系列油气，资源潜力巨大。但广安地区中二叠统栖霞组的岩石学特征及沉积环境研究薄弱。在野外地质调查的基础上，结合室内岩石学、岩相学等综合分析，对广安地区栖霞组碳酸盐岩岩石特征、沉积相类型及其古地理展布特征进行了系统研究。结果表明：广安地区栖霞组主要发育亮晶颗粒灰岩、亮晶生物碎屑灰岩、微晶生物碎屑灰岩、微晶颗粒灰岩、生物碎屑微晶灰岩、含生物碎屑微晶灰岩和泥晶灰岩7种岩石类型；碳酸盐岩颗粒主要以生物碎屑为主，部分层位发育球粒；古生物化石以三叶虫、腕足和有孔虫为主，同时可见棘皮类和藻类；栖霞组沉积期主要为碳酸盐岩台地沉积环境，其中栖霞组晚期（栖二段）台缘滩和台内滩较为发育，为该区油气成藏提供了有利条件。