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.     

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。     

利用稳定同位素(15N)示踪技术研究浮游藻类氮素吸收速率特征

浮游藻类对溶解态氮的吸收同化是湖泊氮生物循环和水体富营养化发生机制探讨的关键环节。本文通过~(15)N稳定同位素添加实验以铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、海链藻(Thalassiosira sp.)、卡德藻(Tetraselmis sp.)、剧毒卡尔藻(Karlodinium veneficum)以及盐水隐藻(Rhodomonas salina)为研究对象,从浮游藻类氮素吸收时间、营养盐基质以及藻种差异三个方面研究五种藻类对铵氮(NH_4~+-N)、硝氮(NO_3~--N)、尿素氮(Urea-N)三种形态氮的吸收特征。研究发现:(1)浮游藻类对三种形态氮的吸收均在1h时吸收速率最高,其氮素吸收过程为快速吸收。(2)浮游藻类优先吸收还原态氮,其中NH_4~+-N吸收速率最高,当培养周期为1d和4d时浮游藻类对NH_4~+-N吸收速率的均值分别为4.05和4.15μmol/(L·h);浮游藻类对Urea-N吸收相对偏好系数为25.18—713.42,表现出对小分子溶解态有机氮的特定偏好性。(3)不同藻种对氮素吸收具有不同特征,其中,剧毒卡尔藻对三种形态氮的吸收速率均为最高,而铜绿微囊藻的吸收速率均为最低;不同藻种不同培养时间氮素吸收速率差异与浮游藻类生长周期等特性有关。不同浮游藻类对不同形态氮素表现出吸收特异性,对水体氮负荷和浮游藻类水华优势种形成将产生重要影响。     

土质滑坡格构锚杆抗滑机制及受力试验研究

通过滑坡防治格构锚固大型物理模型试验，分析了土质滑坡格构锚杆体系在坡顶荷载下的变形和位移，揭示了格构锚杆的抗滑机制，探讨了锚固力与坡体位移及锚杆变形的关系，提出了极限锚固力的计算方法。结果表明：滑坡滑动时，格构梁与坡体整体发生旋转滑移，锚杆在滑面处发生了弯曲变形，处于弯曲和轴向拉伸组合变形状态；格构锚杆的抗滑作用表现为锚杆在滑面处的抗剪抗滑和锚杆格构梁的挡土阻滑；格构锚杆的极限锚固力由初始预应力、锚杆弯曲变形引起锚拉力、坡体位移引起锚拉力三部分组成，可通过公式 计算。该研究结果可为格构锚固体系的优化设计提供一定的参考。     

古太平洋板块俯冲-增生时限：饶河增生杂岩的地球化学和年代学制约

饶河杂岩作为那丹哈达增生杂岩的主体,是古太平洋板块西向俯冲的直接证据。饶河增生杂岩组成与增生过程的研究对限定古太平洋板块向欧亚大陆的俯冲与增生过程具有重要的指示意义。本文在野外地质调查和饶河大岱地区大比例尺填图基础上,明确了饶河杂岩主要由枕状玄武岩、辉长岩以及大洋板块沉积地层(OPS)组成,这些岩石均呈构造透镜体状分布在海沟沉积物中,并被中生代花岗质岩脉所穿切,因此为限定饶河增生杂岩的组成、增生和就位时代提供了关键制约。地球化学数据表明玄武岩具有洋岛玄武岩(OIB)的地球化学属性。LA-ICPMS锆石测试结果表明该地区玄武岩和辉长岩的形成时代分别为166±2Ma和214±5Ma,限定了饶河杂岩中镁铁质-超镁铁质岩石的形成时代为晚三叠世至中侏罗世。结合该区粉砂质泥岩和砂岩的沉积时代下限分别为167±3Ma和133±4Ma,表明饶河杂岩的增生时代为167～133Ma,此外样品的碎屑年龄信息表明基质的物源为邻近的佳木斯地块和中亚造山带东段,其中前寒武的碎屑年龄在中国东北的多个陆块均有出现,可能源于早前存在的前寒武纪基底。本文测得侵入饶河杂岩的2个二长花岗岩形成年龄分别为126±1Ma和105±2Ma,表明饶河杂岩中的花岗岩脉主要形成于两个阶段,其中较老的花岗岩侵入体进一步限定了饶河杂岩的最终就位时代为133Ma至126Ma,表明古太平洋板块在中侏罗世至早白垩世存在西向俯冲-增生作用,为古太平洋板块的构造演化提供了重要的制约。     

阿勒泰地区植被覆盖度及ET对气温变化的响应

研究气温对植被覆盖度和ET (Evapotranspiration，ET)的影响，对干旱区应对气候变化、维系生态系统稳定具有重要意义。基于阿勒泰地区及周边7个气象站，CRU数据集中的气温数据及MODIS ET数据，采用Mann-Kendall非参数检验、植被盖度反演等方法，对阿勒泰地区气温变化对植被覆盖度及ET的影响进行了研究。结果表明：（1）在1901—2016年过去的116 a间，阿勒泰地区年平均气温以0.18 ℃·(10 a)^-1速率增加，在1982年由突变前的2.2 ℃增加到突变后的3.5 ℃。（2）2000—2017年阿勒泰地区植被覆盖度变化的空间差异明显，植被覆盖度增加的面积与降低的面积总体相当；全区66.71%的区域植被覆盖度变化与气温呈负相关，而呈正相关的比例仅占18.55%，且全区气温变暖而盖度降低区域的占比达31.71%。（3）2000—2016年阿勒泰地区ET总体呈降低趋势，整个区域61.65%的面积温度降低、ET降低，而19.92%的区域表现为温度增加而植被ET降低。     

钻井局域网实时监控设备研发

为实现钻井指挥部对各钻井站点钻采工艺的远程监控，在前期钻井工艺参数自动实时监测的单机研发基础上,本文应用TIA portal软件进行主站从站组网监控研究，实验设备用Siemens1200PLC做主控机，用Siemens200PLC做从站控制机监控钻采现场工艺参数，通过主控机与各从站点组态，实现主控机对从站主从控制。装机后在钻采现场进行了无线网传输实验，实验结果表明:应用互联网通信技术解决无线网断点续传问题，能够实现了钻采实时监控数据短距离传输。     

分布埋入式光纤与隧道衬砌耦合性能试验及应用

为探究埋入式光纤与隧道衬砌的耦合性能，分别从理论与试验两个方面进行研究，并在实际工程中进行了验证。构建了光纤、中间体和基体结构力学分析模型，进行光纤应变传递机制理论分析，计算了光纤应变传递效率；使用钢筋混凝土梁模拟隧道衬砌，进行了2组不同加载速率的试验。其中，在同一根梁内（同一工况）设计6种光纤的布设方式，以位移控制的方式在梁跨中部位进行单点多级加载，使用BOFDA（布里渊散射光频域分析）技术分别对6条光纤进行监测。试验结果表明：6条光纤均可以有效监测梁从开始加载至钢筋开始屈服阶段，光纤与梁耦合性最好；钢筋开始屈服直至梁破坏阶段，光纤应变不再增加甚至减小或呈现出光纤断裂的状态，此过程光纤与梁耦合性较差；除开槽埋入式光纤的有效监测应变差为3 000×10?6外，其余布设方式光纤有效监测应变差为2 000×10?6；光纤在长距离（>>146 mm）埋入式布设情况下可认为其应变传递效率接近100%，2组不同试验结果呈现相似规律。在北京市新机场线地铁暗挖隧道CRD工法区间进行了工程应用研究，监测结果表明分布埋入式光纤布设工艺是可行的，可为分布式光纤技术在地下工程结构监测中的应用提供有价值的参考。