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.     

地下水补给型湖泊表层沉积物矿物组成及其形成机制——以巴丹吉林沙漠湖泊群为例

盐湖中的矿物沉积记录着丰富的环境气候变化信息,是古环境研究的重要对象.在无地表径流补给的盐湖中,其矿物组成及沉积特征与有地表径流补给的湖泊相比是否有一定的特殊性,是值得探讨的问题.采集巴丹吉林沙漠33个不同矿化度地下水补给型湖泊的表层沉积物和10个地表风积砂样品,通过X衍射的方法,分析样品的矿物组成.结果显示:湖泊表层沉积物主要为石英、长石、辉石、云母等碎屑矿物,部分湖泊含有少量的碳酸盐和氯化物盐类矿物.湖泊沉积物的矿物组成与湖水矿化度的关系较为密切,淡水湖仅分布碎屑矿物,微咸水湖含有碎屑矿物和碳酸盐类矿物,盐湖含有碎屑矿物、碳酸盐类矿物和氯化物.风积砂样品中主要为碎屑矿物,占总矿物含量的90%,对湖泊沉积物的矿物组成影响较大,但对湖泊沉积物中的盐类矿物没有贡献,表明湖泊表层沉积物中盐类矿物主要是自生作用形成的.虽然本地区湖泊边缘的沉积物中盐类矿物种类相对较少并且含量较低,但其盐类矿物组成与分布能够响应湖水矿化度的变化,其环境指示意义与有径流补给的盐湖相同,可以指示其湖水的盐度.因此,可以从巴丹吉林沙漠地下水补给型湖泊沉积的盐类矿物中提取相应的古环境信息,用于恢复古气候和古环境的研究.     

呼伦湖流域氢氧稳定同位素特征及其对水体蒸发的指示作用

以呼伦湖流域为例研究该区域氢氧稳定同位素在不同水体中的分布特征,并探讨氢氧稳定同位素对在该区域水文过程的指示作用.流域湖水、入湖河水、周边地下水水样的氢氧稳定同位素分析结果表明,夏季8月份湖水中的重氢氧稳定同位素比7月份的更加富集.而河水中氢氧稳定同位素在同一时间内的河流沿程上存在明显的差异,下游水体中的氢氧稳定同位素要比上游更加富集.研究区的河水和湖水的δ~(18)O-δD关系特征显示,河水和湖水的δ~(18)O-δD的关系点全部位于当地降水线的右下方,说明流域河水和湖水水体受到明显的蒸发作用.而井水的δ~(18)O-δD的关系点大都靠近当地大气降水线,说明这一区域的地下水主要是大气降水渗入地下形成.利用氢氧稳定同位素分馏过程中的氢氧稳定同位素的比率与剩余水体的关系,并在考虑湿度因子的动力分馏模拟下,计算出河水的剩余水体比例在0.85~0.96之间,而湖水的剩余水体比例在0.71~0.77之间.最后,利用氢氧稳定同位素质量平衡法对呼伦湖多年平均蒸发量进行了估算,估算的湖泊蒸发量结果与实测值相近,相对误差为5.4%,说明方法可靠.氢氧稳定同位素对于研究区域水文过程有着重要的作用,在今后呼伦湖流域水文研究中有着更加广泛的应用空间.     

地下流体对地震前兆作用的综述

地下流体及流体力普遍存在且对地震前兆产生作用。本文从前兆机理、实例等方面综述了地下流体及流体力(包括降水等产生的力)对地震前兆的作用,表明降水等产生的地下流体及流体力对地震前兆的作用不可忽略,无论是浅层地下流体还是深部地下流体均影响前兆异常的产生,且地下流体对地震前兆的作用是在特定的地质构造、水文地质环境下发生。     

地下衬砌洞室对Rayleigh波的放大作用

本文利用波函数展开法,给出了半空间中圆形衬砌洞室引起的Rayle igh波散射问题的一个级数解,并通过对求解技术的改进,获得了高频解答。论文通过入射波长、洞室直径、衬砌刚度和埋置深度等参数分析,研究了地下洞室对Rayle igh波的放大作用。数值结果表明,地下洞室情况下地表位移幅值可以达到无洞室情况的2.6倍以上;多数情况下,柔性衬砌洞室情况地表位移幅值最大,无衬砌洞室情况次之,刚性衬砌情况最小。     

地下高压气体对汶川地震灾害的作用分析

通过对2008年5月28日汶川M8.0级地震后滑坡和堰塞湖的形成和分布特征,以及震后地下喷发物和灾害形成与分布特征的考察,结合龙门山地区侏罗纪前的海洋环境和现今龙门山前川西坳陷存在大量圈闭构造和地下3km的巨厚底层含大量异常高压天然气体这一结构特征分析,发现地下异常高压气体在地震时高速膨胀,在地下裂隙和断层等面状通道快速剪开底层涌出,造成岩体飞移、流动和扩散是产生灾害的重要因素。     

黄河干流浮游植物群落特征及其对水质的指示作用

2008年5-6月和9-10月对黄河干流13个河段和4座水库的浮游植物群落及其环境进行了全面调查.共鉴定浮游植物8门83属150种,其中有硅藻59种,绿藻55种,蓝藻24种,甲藻4种,裸藻4种,金藻2种,黄藻1种和隐藻1种,平均细胞密度和生物量分别为126.90×104cells/L和0.940mg/L.从大的格局上看,浮游植物群落在种类数、种类组成和现存量上均存在较明显的空间分异,这种分异性可从河流流速、泥沙含量和受污染程度得到解释.根据浮游植物污染指示种和Shannon-Wiener多样性指数分析,黄河干流各河段多受到不同程度的污染.与1986年的资料相比,黄河干流浮游植物组成发生了明显变化,属数下降了9.8%,而平均生物量升高了128.7%,且在种类组成上也发生了明显的变化,表明河流污染程度的加剧.     

温度对河蚬(Corbicula fluminea)氮、磷排泄影响的初步研究

在不同温度下,对太湖河蚬进行了室内短期氮、磷释放模拟实验.结果表明,温度对河蚬(Corbicula fluminea)不同形态氮、磷的排泄都有重要的影响.总磷(TP)、总氮(TN)、总溶解性氮(TDN)、总溶解性磷(TDP)和正磷酸盐(PO3-4-P)排泄率随温度的升高都显著升高,而亚硝态氮(NO-2-N)排泄率先升高后下降.铵态氮(NH+4-N)排泄率在5和15℃间变化不显著,温度对硝态氮(NO-3-N)排泄率有影响但不显著.同时实验发现河蚬为排氨动物,NH+4-N排泄占TN排泄的50.78%~100%,TDN排泄占TN排泄的89.14%~100%,而NO-3-N、NO-2-N虽都有检出,但所占比例相对较小.在河蚬磷排泄中,TDP占TP比例范围为83.01%~100%,PO3-4-P在36.60%~96.59%之间,且所占比例都有随温度升高而增加的趋势.同时对排泄率与干重和温度之间的关系进行了回归分析,发现不同氮、磷排泄率(NO-3-N和NO-2-N除外)与温度和干重的关系均符合方程R(X)=a Wb·ec T+d,决定系数R2都在0.967以上.     

合肥盆地中生代充填序列及其对大别山造山作用的指示

大别山北麓合肥盆地中生代充填序列显示两个演化阶段．第１阶段为早侏罗世至晚侏罗世早期,中一晚侏罗世以出现至少４次明显的反粒序陆相碎屑沉积单元为特征,堆积了巨厚的类磨拉石建造,反映区域挤压背景下不断增强的大别山北部冲断－造山作用和临近山前的挠曲下陷．第２阶段为晚侏罗世晚期至白垩纪,其中包含两个裂陷幕,第１幕（Ｊ_３）为钙碱性－碱性火山喷溢夹火山碎屑堆积,深部可能反映扬子大陆俯冲岩板折断并诱发幔源岩浆上涌;第２幕（Ｊ_３～ Ｋ_１）发育３０００～ ３５００ｍ的大套湖相、河流相及山麓相沉积,反映区域拉张背景和强烈的山－盆差异升降运动     

榴辉岩的泊松比及其对造山带下地壳拆沉作用的指示

对大别-苏鲁超高压变质带榴辉岩的实验测定以及前人的实验结果表明, 水化作用将明显增加榴辉岩的泊松比, 新鲜未退变榴辉岩(H₂O⁺ < 1.0%)的平均泊松比为0.24~0.25, 该值与实验和理论计算结果相一致, 而明显低于前人给出的榴辉岩平均泊松比(0.27±0.02). 未退变榴辉岩的泊松比显著低于下地壳镁铁质麻粒岩, 也低于上地幔橄榄岩. 大别超高压带、青藏高原和安第斯山脉现今下地壳和上地幔的泊松比均大于0.26, 加之它们均具有正常的上地幔V_p值, 表明由于拆沉作用榴辉岩在这些俯冲-碰撞造山带下地壳和上地幔已不存在或不是重要组成. 榴辉岩从形成至拆沉是在<15 Ma的十分短暂时间内完成的.     

巴丹吉林沙漠湖泊水化学空间分布特征

通过对巴丹吉林沙漠腹地拐子湖-地质公园一线51个湖泊水,8个泉水,12个井水及1个雨水水样的水化学成分分析,初步探讨了沙漠湖泊水化学分布特征及其影响因素.结果表明由东南边缘至腹地湖泊总体上依次呈硫酸盐型-碳酸盐型-氯化物型分布.东南边缘以Na+、Cl-、SO24-为主的湖泊因矿化度分异,形成Ca2+、Mg2+含量不同的三种亚型,其中高矿化度的Na-Cl-(SO4)型湖泊在腹地湖泊群中也有出现,表现出地理上的不连续分布;边缘若干湖泊受局部地理环境的影响水离子多含Na+、Cl-、CO32-+HCO3-.综合分析表明湖泊水化学型的空间分异与区域气候差异和气候变化有关,湖水直接或间接地接受当地降水补给,但不排除外源地下水补给对其有一定贡献.通过对比不同时段部分沙漠湖泊水化学特征发现近十年以来腹地湖泊补给源或受气候干暖化影响使其水化学特性较边缘湖泊的变化大.     

巴丹吉林沙漠湖泊水离子空间复杂性分析

为探讨巴丹吉林沙漠湖泊水离子的空间复杂性,本文采用滑动样本熵方法,将沙漠东南部115个湖泊的313组采样点分为两组(2009年9月和2010年9月为一组,2011年4月、2012年4月、2013年4月和2016年4月为一组),并计算采样点水化学离子的样本熵,分析其空间变化规律.结果表明,4月各个离子和TDS的空间复杂度大于9月;4月和9月TDS熵值和Na~+、Cl~-、K~+熵值相关系数较高,TDS和Na~+、Cl~-、K~+在空间上的复杂度变化趋势较为一致,且Na~+、Cl~-、K~+、CO_3~(2-)、HCO_3~-都是在西北部和东南角空间复杂度高,其他区域复杂度相对较低;Mg~(2+)比同期其他离子空间复杂度低,其在采样Ⅰ区中间部分的复杂度较高;Mg~(2+)和Ca~(2+)在9月和4月空间复杂度相差较大,9月Ca~(2+)在采样Ⅰ区西北部有一个复杂度较高的突变区域;除9月东南角出现较高熵值之外,SO_4~(2-)空间复杂度分布趋势在4月和9月基本相同;对于离子熵值的季节性变化,气候条件是主导因素;在同月气候条件相似的情况下,影响可溶性离子熵值空间变化的主要因素是水源补给;4月和9月的可溶性离子熵值在研究区中间部分较低,说明该区水源补给量较大.     

巴丹吉林沙漠湖泊季节变化的遥感监测

利用2001年12月28日、2002年3月18日、7月24日、9月26日、12月15日五期ETM+遥感影像,提取了巴丹吉林沙漠湖泊年内季节变化信息,并分析了湖泊季节变化的统计特征与空间分布特征.结果显示,巴丹吉林沙漠湖泊总面积和数量随季节更替呈现出明显的统计特征与空间分布特征.湖泊总面积和数量在当年春、夏、秋、冬季均依...     

Analysis of groundwater–lake interaction by distributed temperature sensing in Badain Jaran Desert,Northwest China

The Badain Jaran Desert is the second largest desert of China with a total area of 49 200 km². At least 72 perennial lakes are scattered throughout the desert, sustaining a unique desert–lake ecosystem. Groundwater of various origins was believed to play an essential role in maintaining those desert lakes, but hydrological measurements are lacking due to difficult field conditions. This study applied the distributed temperature sensing technique to continuously measure temperature variations in one of the desert lakes – the Badain Lake – to identify groundwater discharge to the lake based on the temperature differences between groundwater and lake water. Because temperature may be influenced by various unforeseen and temporary factors, it is critical to discern those factors that may affect the temperature such as solar radiation and vertical temperature stratification and to ensure that the temperature variations of the lake water as detected by the distributed temperature sensing are mainly caused by groundwater discharge. A time window was identified during which the groundwater discharge is the dominant factor that determines the temperature pattern of the lake water. The results show that the temperature near the eastern and southeastern lakeshore of the eastern Badain Lake is colder than the average, indicating that this area is the main groundwater discharge zone. Near the northwestern lakeshore adjacent to a sand dune, a weak cold abnormal area was identified, indicating that the sand dune is another recharge source to the lake through channelling the local precipitation toward the lake. The contribution from the sand dune, however, appeared to be less than that from the regional groundwater flow. This study provides the first identification of the temperature abnormal areas, which imply groundwater discharges into desert lakes and contributes to a better understanding of the unique desert–lake ecosystem. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

相似优先比法研究巴丹吉林沙漠及周边地区地下水补给

位于中国内蒙古西部的巴丹吉林沙漠东部存在高大固定沙丘与湖泊共存的景观,湖泊中存在上升泉,且沙丘内部潮湿．沙漠以北的拐子湖和古日乃草原也有上升泉的出现．本文采用聚类分析中的相似优先比法结合水化学因素对巴丹吉林沙漠及其周边地区不同地点的水样进行分析,由此得出祁连山上的冰川融水与沙漠湖泊及以北地区的地下水相关性良好．     

1973-2010年巴丹吉林沙漠腹地湖泊面积空间变化的遥感分析

利用1973、1990、2000、2010年4个时期遥感影像数据,提取并统计了1973-1990、1990-2000、2000-2010、1973-2010年4个时期湖泊面积变化信息,分析了巴丹吉林沙漠湖泊面积变化的空间特征.结果表明,湖泊数量与面积整体表现为减小,同时也存在湖泊面积增大与湖泊新增;1973-2010年间,沙漠腹地共干涸19个湖泊、新增7个湖泊,43个湖泊萎缩、6个湖泊扩张,26个湖泊面积基本保持稳定;从湖泊面积的空间变化看,面积减小的湖泊在整个湖泊区域均有分布,面积增大的湖泊较多分布于研究区东侧,且多在中东部区域外围,面积减小剧烈的湖泊在空间上有聚集分布的态势;湖泊面积变化量在整个空间上并没有表现出显著的正相关关系.湖泊面积变化所表现的空间特征可能由于不同湖泊区域补给来源不同或不同湖泊补给方式存在差异造成的.     

Palaeomonsoon variability in the southern fringe of the Badain Jaran Desert,China, since 130 ka BP

Taking the Chagelebulu Stratigraphic Profile as a typical example, a comprehensive study has been conducted to elucidate the palaeoclimatic and geomorphic evolution patterns in the southern fringe of the Badain Jaran Desert, which were found to be complex and polycyclic in the past 130 ka. However, the fluctuating magnitude is not as remarkable as that in the eastern China sandy region. The shift in climate from interglacial to glacial and the uplift process of the Qinghai–Xizang Plateau are the two leading forces driving the evolution of the climate and desert landforms in this area. Seventeen cycles of cold, dry and warm, humid climatic stages were recognized in the Upper Pleistocene Series of the profile. The sharp uplift of the Qinghai–Xizang Plateau superimposed a cool and arid climatic trend in this area. As a result of the climatic changes, the desert in this area has undergone multiple stages of expansion and contraction since 130 ka bp . The middle Holocene Epoch and the early stage of the Late Pleistocene Period were the main periods when the sand dunes became stabilized, and the early and late phases of the Holocene Epoch and late phase of the Pleistocene Epoch were the main periods when the previously stabilized sand dunes became mobile. The late phase of the Pleistocene Epoch was the most mobile stage, when the aeolian sand activities formed the essential geomorphic pattern of the Badain Jaran Desert. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

腾格里沙漠盐湖氯同位素地球化学特征

δ~(37)Cl值可以用来指示盐湖演化过程中卤水的蒸发浓缩程度、可能的补给来源和控制因素,本文对腾格里沙漠地区12个代表性盐湖卤水样品开展了氯同位素组成研究.结果表明,研究区内沙漠盐湖卤水的δ~(37)Cl值变化范围为-0.10‰~1.36‰,平均值为0.55‰;其中,硫酸钠亚型卤水的δ~(37)Cl值范围为-0.10‰~1.36‰(平均值为0.56‰),硫酸镁亚型卤水的δ~(37)Cl值范围为0.14‰~0.82‰(平均值为0.48‰).对比柴达木盆地现代盐湖分析数据,发现区内沙漠盐湖的δ~(37)Cl平均值明显大于柴达木盆地盐湖的δ~(37)Cl平均值,并且,硫酸钠亚型卤水δ~(37)Cl最高,硫酸镁亚型卤水次之,氯化物型卤水最小.基于不同盐湖地下水咸化程度以及盐湖卤水中δ~(37)Cl值与Br/Cl系数关系的研究,揭示了研究区东部和东北部盐湖可能受到第三系地层咸水的补给,而其他盐湖主要受蒸发浓缩作用影响.δ~(37)Cl值分布特征则显示,腾格里沙漠地区部分盐湖在形成过程中可能受到区域构造活动诱发的第三系深部水补给及水-岩作用等多重因素的影响.