基于EFDC模型的河道型水库藻类生长对流域污染负荷削减的响应——以广东长潭水库为例

将环境(EFDC)模型应用于广东梅州的河道型水库——长潭水库,经过模型的验证,建立长潭水库水生态数学模型,模拟出水库在现状污染负荷下的藻类生长情况,以叶绿素a浓度为指标,研究水库在丰水年与枯水年富营养化改善程度对不同流域污染削减方案的响应关系.结果表明:现状污染负荷削减10%,在丰水年库尾、库中和库首点位的叶绿素a平均浓度分别降低13.99%、12.00%和10.35%;枯水年3个代表点位叶绿素a平均浓度分别下降8.42%、5.63%和2.10%.污染削减20%的情况下,丰水年3个代表点位的叶绿素a浓度分别降低26.78%、19.25%和17.04%,枯水年对应的降低幅度分别为11.72%、7.97%和5.12%;库尾地区表现出河道的特征,在污染负荷削减的情况下藻类生长能够受到有效遏制,库首地区则表现出湖泊的特性,枯水年这一特征表现更加突出,污染削减20%的情况下,叶绿素a的平均浓度仅降低5.12%.     

基于多源卫星数据的小型水体蓝藻水华联合监测——以天津于桥水库为例

近年来水体富营养化呈扩张趋势,蓝藻水华不仅在太湖等大型湖泊频发,水面面积较小的天津于桥水库等也形势严峻,亟需加强卫星遥感监测.但是,以往在太湖等业务化使用非常成功的MODIS等卫星数据(约500 m),由于空间分辨率较低,难以满足小型水体的监测要求;而Landsat-8等空间分辨率较高的卫星数据(30 m),通常重返周期较长,无法满足水华高频监测需求.本文以天津市于桥水库(面积约80 km2)为研究区,针对常用的卫星数据,从空间、时间、光谱范围和数据可获取性共4个方面,评价不同卫星数据蓝藻水华监测能力和算法,同时对不同卫星监测结果一致性进行评估.结果表明:(1)筛选出国产HJ-1AB CCD、GF-1 WFV和美国Landsat-8 OLI这3种卫星波段合适,空间分辨率较高,适用于桥水库蓝藻水华监测,但考虑到其重返周期较长,建议多星联合观测;(2)各个卫星监测结果与卫星影像目视解译结果基本一致,均方根误差和相对误差均分别控制在0.78 km2和4.9%以内;(3)不同卫星监测结果一致性良好,一致性精度达到99.5%;(4)根据历史影像结果,发现于桥水库2016年水质开始呈富营养化,藻华现象在夏、秋两季最为严重.研究表明,针对小型水面水体蓝藻水华监测,利用较高分辨率数据联合监测,是一种有效的替代策略,今后可在更多小型水域推广.     

地表水体对断层应力与地震时空分布影响的综合分析——以紫坪铺水库为例

为系统研究水库对附近地区地震活动的影响,提出了一个综合分析地震活动性与水库蓄水引起的应力变化的方法并开发了通用性较强的软件。以紫坪铺水库为例,对水库引起的应力变化与库区附近地震活动性变化的关系进行了详细分析。一方面,定量地分析了水库蓄水过程在附近断层附加的库仑应力变化;另一方面,用紫坪铺水库地震观测台网的地震目录,对包括地震发生频度、能量释放速率、b值、空间相关距离等统计参数的时间演化进行了详细解析。数值计算结果发现,无论是荷重还是孔隙压的扩散都在被认为是汶川大地震发震断层的映秀-北川断层和灌县-江油断层的库区下伏段引起了明显的库仑应力变化。地震活动统计特性的时间演化与主要断层的应力变化之间存在明确的且符合岩石力学破坏准则的相关性。据此,初步认为紫坪铺水库在其蓄水过程中对其地下的龙门山中央断层和山前断层有明显的作用     

水库蓄水与断层带流体孔隙压时-空分布的数值模拟——以紫坪铺水库为例

通过对汶川地震破裂带上的断层岩及围岩的渗透率测量,获得了研究区岩石的渗透率随深度变化的规律。依据所得到的渗透率实验数据,数值模拟了紫坪铺水库蓄水所产生的流体孔隙压的时空分布。模拟结果显示,渗透率是否随深度变化,其流体孔隙压的模拟结果也相差很大。由于断层带具有高渗的特点,因此与水库底部存在水力联系的断层带及其宽度对流体渗透的模拟结果有明显的影响。断层带越宽,下渗作用越明显,流体孔隙压的分布与断层带的产状越接近。若断层带宽度为100~300m,2008年汶川MS8.0地震发生时,其震源区的流体孔隙压为0.1~0.15MPa,与库体载荷在断层面上产生的附加正应力相当。该模拟结果可以作为进一步分析汶川地震的发生是否与紫坪铺水库蓄水存在关联的重要约束。     

基于Copula函数的连河通江湖泊防洪安全设计:以洪泽湖为例

湖泊作为一种蓄水单元,尤其是大型过水性湖泊,是一种典型的平原型水库,在功能上与山谷型水库具有许多相似之处,但由于其特殊的地理地形构造,使得入湖洪水过程与入库洪水过程存在着较大的差异.在防洪安全设计研究中,山谷型水库关注的多是坝址洪水,即总的入库洪水过程,而对于湖泊来说,还需要关注各个分区的入湖洪水过程对湖区洪水演进的影...     

基于回声探测监测沉水植物盖度的插值方法研究:以杭州西湖沉水植物盖度监测为例

沉水植物作为水生态系统的重要组成成分,在水生态系统物质循环和能量流动中发挥着重要作用,其覆盖度和生物量是评价湖泊等浅水水体系统稳定性的关键参数随着高效和无损伤监测的回声探测仪在沉水植物盖度监测中的应用,其精确度算法也受到了越来越多的关注本研究以成功恢复沉水植物的浅水湖泊杭州西湖为研究对象,利用BioSonics便携型回声探测仪——MX采集沉水植物回声样本同时结合人工样方设置,采集与回声探测对应位点的沉水植物样本,验证回声探测结果的精确性通过建立回归模型分析回声探测得到的沉水植物体积百分比(PVI)与人工样方获得的对应平均鲜重关系,结果表明二者具有较好的相关性分别采用普通克里金法、反距离权重法、径向基函数法3种插值方法对同一季节的不同湖泊和同一湖泊的不同季节未采集区域沉水植物的盖度数据进行插值分析,并对插值结果进行交叉验证,以确定方法的精确度交叉验证结果表明,插值精确度反距离权重法径向基函数法普通克里金法研究结果为回声探测与插值分析方法结合在大尺度浅水水体中沉水植物监测应用提供了技术支撑.     

热分层对水库水质的季节性影响——以西安黑河水库为例

深水水库作为城市的重要供水水源,通常由于热量在垂向水体上的不均匀分配形成热分层.热分层会阻碍垂向上水体交换引发水质分层现象,在冬季水库发生“翻库”之后,水体混合导致水库的整体水质下降.结合热分层指数可以客观、直接地表达水库热分层的稳定程度.综合水库的气温、水体更新率和水质参数(溶解氧、pH、总磷、氨氮)的年度变化,对陕西黑河水库2008-2010年的热分层状况进行研究.研究表明:水库的热分层形成会直接恶化底部水质尤其会加速底部水体中溶解氧的消耗;热分层的年度变化主要受气温控制,但在特定时期较大的水体更新率可以在一定程度上弱化水体热分层,减缓底部水质恶化.该结果可使水库管理者在水库分层最稳定、水质恶化最严重时期以人工调节水体更新率的方式弱化热分层,为保证水质安全提供参考.     

中国8大湖泊冬季水-气界面甲烷通量初步研究

采用静态箱-气相色谱法对中国不同地区的8个湖泊(洞庭湖、鄱阳湖、巢湖、南四湖、洪泽湖、抚仙湖、洱海、滇池)冬季水体水-气界面甲烷(CH4)通量进行了24 h连续观测,对中国湖泊冬季CH4的总释放量进行了估算.结果表明:鄱阳湖、巢湖、南四湖、洪泽湖和滇池24 h内各时段均为大气CH4的源,其通量分别为0.818、0.021、0.034、0.019、0.163mg/(m2·h);洞庭湖、抚仙湖和洱海部分时段为大气CH4的汇,但从24 h平均通量来看,仍为大气CH4的源,通量分别为0.199、0.012、0.044mg/(m2·h).冬季湖泊水体CH4通量空间差异较小,其大小主要受风速的影响,与水温、箱内温度和DOC没有明显的相关关系.中国湖泊冬季(90 d)CH4总释放量大约为3.22±2.75×107 kg,约为1990年中国稻田CH4总释放量的2.8‰.     

福建闽江水口水库凤眼莲空间分布特征及其动态

为研究闽江水口水库凤眼莲空间分布特征及动态变化,根据2001-2009年水口库区无云覆盖的24幅卫星遥感影像,构建研究区域凤眼莲干流-支流分布的空间结构,并通过建立端元的混合象元线性分解模型,对福建省水口水库不同时间、不同区域的凤眼莲分布特征进行系统分析,结果表明,随着时间的推移,凤眼莲的暴发区逐渐向下游迁移,同时,支流对研究区域凤眼莲的面积有重要影响,特别是河流较长、周边有人口居住的支流是凤眼莲源头治理的重点;各种人为或自然原因造成的水体富营养化、河流流速变缓等是凤眼莲泛滥的重要原因.建议针对研究区域上游及其周边进行养殖污染、工业污染整治,强化对污染源的监督管理,推进生态环境建设与保护,建设生态功能保护区等.本研究可为了解水口水库的凤眼莲时空分布规律,进而制定相应的预防与控制管理措施提供必不可少的数据基础和理论依据.     

三峡水库澎溪河流域高阳回水区夏季水体CO2分压日变化特性

水柱中CO2分压(pCO2)的时空分布在一定程度上可反映水中碳的环境地化特征.本研究在夏季分层期间对三峡水库澎溪河(小江)流域高阳回水区段进行了昼夜连续观测发现,恒定的温跃层中pCO2随水深增加而显著增大,表层0.5 m处pCO2均值为152±71μatm,而在水深10.0 m处pCO2均值为4568±1089μatm,同水温、pH及DO存在明显的负相关关系,进一步分析认为水温等将影响微生物、浮游植物的代谢过程及水气界面对流传输,进而对pCO2分布产生影响.对水气界面CO2扩散通量的估算结果表明,夏季分层期间高阳水域总体上表现为CO2的汇,其对大气CO2的吸收量最大值于15:00左右,达到-0.33 mmol/(m2.h);最弱在次日凌晨3:00左右,吸收量仅为-0.17 mmol/(m2.h).     

结合粒度和137Cs对小流域水库沉积物的定年——以黔中喀斯特地区克酬水库为例

对取自黔中喀斯特地区克酬水库32cm长沉积物柱样进行^137Cs比活度以及粒度测定,结合气象站点降雨数据进行比对分析,对沉积物不同层位的年代进行了划分,并以此结合质量深度推算了1960-2004年间该水库的沉积速率。结合实例分析了^137Cs沉降、运移和沉积,改进了仅依靠^137Cs峰值定年方法,认为在流域面积较小、^137Cs比活度测试绝对数值较小的流域,降水和其他条件造成的土壤侵蚀程度差异可能是造成土壤中^137Cs进入湖泊沉积物多少的更主要原因,并表现为沉积物中^137Cs不同层位的差异。     

Effects of different operational modes on the flood‐induced turbidity current of a canyon‐shaped reservoir: case study on Liuxihe Reservoir,South China

Suspended matter is an important indicator of water quality in freshwater systems. The flood‐induced turbidity current plays a dominant role in the seasonal dynamic of suspended matter in the Liuxihe Reservoir (23°45′50″N; 113°46′52″E), a large, stratified reservoir at the Tropic of Cancer in southern China. Field measurements show that loading and distribution of suspended matter in the reservoir differ in typical wet, dry and medium years, as a result of different discharge volumes and water level variation patterns. Using historical data and the practical demand for water supply and flood control, we generalized two feasible reservoir operational modes: flood impounding mode (drawing down the reservoir to a low level before flood events to impound inflow during the flooding season) and moderate level change mode (drawing down the reservoir to a moderate level before flood events, then keeping the level within the flood control level during runoff events). To examine the effects of different operational modes and outlet depths on the reservoir's flood‐induced turbidity current, a numerical simulation model was applied in three types of hydrological conditions. The results show that the mode with moderate drawdown and recharge processes can decrease loading of suspended matter in spring and promote turbidity current release during flood events, and upper withdrawal can improve the effects of turbid water release. We suggest that more attention should be focused on water quality management in the reservoir operation stage, severe artificial water level fluctuation being avoided and selective withdrawal becoming an optional management measure. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

河-库连续体中溶解性无机碳及其同位素的时空分异特征——以澜沧江云南段为例

河流及水库等水生态系统中的溶解性无机碳(DIC)是全球碳循环与大气、陆地和海洋之间碳相互作用的重要组成部分.以澜沧江云南段上游天然河段及下游梯级水库群形成的连续体为研究对象,分析了河-库连续体表层水体中水化学特征、溶解性无机碳浓度及其碳同位素时空分布特征.研究结果表明:河-库连续体水体中溶解无机碳(DIC)及其同位素(δ¹³C_DIC)组成特征总体表现为:DIC浓度丰水期较低,枯水期较高,平均值分别为2.59±0.44和3.30±0.37-mmol/L;δ¹³C_DIC值丰水期偏负、枯水期偏正,平均值分别为-8.52‰±0.38‰和-6.95‰±0.53‰,与自然河流的季节变化特征相似.水体DIC来源主要包括土壤及水体有机质分解生成的CO₂、碳酸盐风化和水-气界面CO₂的交换过程.澜沧江河-库连续体中DIC浓度及δ¹³C_DIC组成的时空异质性特征与流域岩性、土壤生物地球化学过程以及微生物活动强度等均有较大关系.当前,...     

基于先验信息约束的重磁三维交互反演建模技术——以铜陵矿集区为例

三维地质建模是实现深部矿产勘查突破的重要途径,其通过控矿地质体的三维建模,直观刻画控矿要素之间的空间、成因和演化关系,帮助理解成矿系统,开展深部找矿预测.当前三维建模主要采用地质资料构建,在缺少钻孔等已知资料的情况下,难于构建出可靠的三维地质模型.为了克服常规三维地质建模方法可信度低、精度差的缺点,本文将重磁交互反演技术引入到三维地质建模中,提出了基于先验信息约束,通过二度半剖面交互反演、三维物性反演联合修正的三维地质模型方法.采用该方法建立了铜陵矿集区的三维地质模型,并开展了深部找矿预测,取得以下主要认识:1)基于先验信息约束的重磁交互反演建模技术能大幅提高三维地质模型的可信度,是实现地下地质体"透明化"的重要途径;2)铜陵地区重要控矿地层(C-P-T2)主要分布于向斜区和火山岩覆盖区,深部岩浆岩条件优越,深部找矿工作应从传统的背斜隆起区转向向斜区和火山岩覆盖区以及部分凹陷区,这将极大拓展铜陵地区找矿空间;3)铜陵地区传统的五大矿田的侵入岩均具有复合岩体特征,特别是与辉石闪长岩共生的矿产以铁铜矿为主,而与金矿密切相关的侵入岩则多为中酸性岩体,这一推断如果成立,将对铜陵地区找矿突破产生重大影响;4)铜陵地区的推覆构造十分发育,木镇凹陷区的早古生代基底和南陵盆地北西缘的戴公山背斜就是一套区域性推覆构造的产物,三维地质模型还揭示铜陵地区侵入岩具有深、中、浅三重结构,这为铜陵隆起的推覆成因提供了证据,也指示了在铜陵之外再寻找类似铜陵矿集区的良好前景.