天山哈密榆树沟流域春洪期水化学特征及其控制因素研究

2013年4月26日-5月2日,逐日采集哈密榆树沟流域下游榆树沟水文站点的河水样。综合运用描述性统计、相关性分析、Gibbs图、阴阳离子三角图示法,对主要的化学离子、pH值、电导率EC、总可溶性固体TDS进行了分析。结果表明:榆树沟流域春洪期径流水体呈弱碱性;HCO3-、Ca2+是阴、阳离子中最主要的离子,Ca2+质量浓度占阳离子总数的74.31%,HCO3-质量浓度占阴离子总数的82.07%;水化学类型为HCO3--Ca2+;径流中主要离子组成、TDS、EC、pH值受即时径流量的调节作用不大,岩石的风化作用是水化学主要离子来源的主要控制因素,其中主要来源于石灰岩等碳酸盐岩的风化。     

巴丹吉林沙漠湖泊及地下水化学特征

通过对巴丹吉林沙漠丘间湖泊和古日乃、雅布赖、阿拉善右旗等地及其周围浅层地下水离子化学成分分析,探讨了沙漠地区湖水与地下水化学成分特点、水化学类型、空间变化和湖水补给来源。结果显示,巴丹吉林沙漠湖泊水的pH、盐度、TDS和电导率均远远大于地下水。湖水样品中Na⁺和Cl^-含量占绝对优势,大多数盐度较高的湖泊属于Na(K)-Cl-(SO₄) 型,个别盐度较低的微咸湖属于Na-(Mg)-(Ca)-Cl-(SO₄)-(HCO₃) 型。地下水的化学类型多数为Na-(Ca)-(Mg)-Cl-(SO₄)-(HCO₃)型,属微咸水,个别为Na-Cl-SO4型的咸水。沙漠东南部湖群水的pH值、盐度、TDS和电导率比较低,呈微碱性,属微咸湖;而北部湖群水的pH、盐度、TDS和电导率远远大于东南部湖群,呈中等碱性,为盐水湖。湖水离子化学特征显示沙漠东南部湖群自南向北的演化趋势为：微咸湖→咸水湖→盐水湖。湖水离子化学成分短时间序列变化指示,近9 年宝日陶勒盖、巴丹东湖、巴丹西湖、诺尔图、呼和吉林湖水中的大多数离子的含量有所降低,表明其近9 年来淡水补给量增多。湖水化学成分与湖水位高度显示,巴丹吉林沙漠湖群湖水流向是由东南流向西北。水化学成分和水位分布高度表明,该区沙漠湖水主要来自当地降水补给和来自沙漠东南缘雅布赖山和南缘的黑山头山地降水的补给,而来自祁连山区来水补给的可能性很小。     

天山哈密榆树沟冰川冰尘特征及其成因

利用2011年8月在哈密榆树沟冰川采集的5个冰样,通过石蜡切片技术、16SrRNA系统发育分析及无机颗粒粒度分析方法,结合野外考察,对榆树沟冰川冰尘(cryoconite)的结构特征及形成过程进行了分析研究。结果表明:榆树沟冰川冰尘粒径为0.22～2.9mm,由有机部分(蓝藻、有机质)与无机部分(无机矿物颗粒)结合形成球状聚合体,它的生长具有季节性并且具有生长、裂解交替循环的生命周期;通过核糖体DNA扩增片段限制性内切酶分析(Amplifed Ribosomal DNA Restriction Analysis,ARDRA),将蓝藻16SrRNA基因文库中的214个阳性克隆分为9个不同的操作分类单元(Operational Taxonomic Unites,OTUs)。经过基因测序、BLAST比对及系统发育分析将9个OTUs归为:颤藻目,色球藻目和未定类群,其中颤藻目为冰尘中蓝藻的绝对优势类群;冰尘中无机矿物颗粒(d3.5μm)在数量上占绝对优势,体积分布的粒径众数值为14μm,较其它冰川而言,粒径众数较大。经估算,冰尘中有机部分所占比例明显大于无机颗粒,故影响冰川消融区表面反照率的主要因素为冰尘中的有机部分。     

基于同位素揭示艾比湖流域地下水特征

地下水对于调节干旱区水循环和生态系统具有重要意义,认识和管理地下水资源是防止河流基流减少,地面沉降和水质退化的关键。通过分析艾比湖流域地下水水化学参数和氢氧稳定同位素特征,结合线性回归、双端元混合模型和GIS空间分析等方法,探讨不同区域地下水补给来源和水化学组分动态变化。结果表明：(1)博尔塔拉河(简称博河)和精河中下游区域氢氧同位素(δ²H与δ¹⁸O)值最大,艾比湖周边区域次之,博河上游区域最小,流域地下水存在不同的循环过程。(2)地下水氘盈余(d-excess)和水化学特征反映了地下水不同的补给机制和影响因素,博河上游区域地下水主要受冰川积雪融水补给;博河和精河中下游地下水主要来源为地表水和降水,同时受岩层性质、农田开发和灌溉措施影响较大;艾比湖周边地下水主要来源于冰雪融水和降水。中下游区域和河湖交汇区地下水是防控和治理的重点区域。(3)地下水流动系统Ⅰ的电导率(Electrical conductance,EC)在210.00～2500.00μS·cm^-1之间,d-excess在6.47‰～9.70‰之间;流动系统...     

黑河流域中游绿洲边缘地表水和地下水水化学特征分析

以黑河流域中游典型绿洲边缘地表水（水库水、河流水）和地下水为研究对象,选取2005—2013年地下水和地表水水化学离子连续监测数据,综合运用描述性统计、Piper图、Gibbs图、离子相关性等方法,对水化学类型及其控制因素进行系统分析。结果表明：① 在2005—2013年地下水总溶解固体（TDS）呈上升趋势,而地表水（河流水和水库水）TDS呈下降趋势,同时,地下水TDS显著高于地表水;② 在年际尺度,地下水离子浓度均随时间增加而显著升高,而河流水和水库水离子整体呈下降趋势;在年内尺度,地下水NO₃^?离子浓度呈现8月显著高于5月的特征,河流水Ca²⁺、SO₄^2?离子浓度8月高于5月,而水库水所有离子含量5月高于8月;③ 在2005—2013年,地表水和地下水水化学类型变化：地表水水化学类型在2005—2009年由HCO₃^?-SO₄^2?-Ca²⁺-Mg²⁺ 转变为HCO₃^?-Ca²⁺-Na⁺,而2009—2013年水库水转变为HCO₃^?-SO₄^2?-Ca²⁺-Mg²⁺,河水转变为HCO₃^?-SO₄^2?-Ca²⁺-Na⁺;地下水水化学类型由HCO₃^?-SO₄^2?-Ca²⁺-Mg²⁺ 型转变为SO₄^2?-HCO₃^?-Ca²⁺-Na⁺-Mg²⁺ 型;地表水和地下水中SO₄^2?、NO₃^?变异系数最大,是随环境因素变化的最主要敏感离子;④ Gibbs图表明,地表水和地下水中离子主要来源于岩石风化作用,方解石、白云岩等碳酸盐岩或硅酸盐岩矿物的风化溶解是该地区离子主要来源。     

丘陵区典型小流域地下水化学特征与补给来源分析

川中紫色土丘陵区频发的季节性干旱严重制约区域农村经济和社会可持续发展。地下水是丘陵区农村居民饮用和灌溉的主要水源,但迄今该区域地下水补给循环过程的相关研究报道极少。本研究选取盐亭大兴小流域(480 hm 2)为典型小流域进行综合水文观测与取样,比较了小流域内浅层地下水(2口泉水、14口井水)在不同覆被条件下雨季和旱季的水化学特征(包括D、 18 O)及水岩作用过程,并通过氯离子平衡法和二元混合模型法对比分析区域降水补给地下水规律。结果表明:(1)研究区内浅层地下水水化学类型为HCO 3 ·SO 4-Ca,主要控制因素为岩石风化水解;(2)由地下水同位素峰值响应特征可知该区域浅层地下水对雨季降水补给响应时间约为50~ 85 d;雨季浅层地下水交换作用比旱季强烈;(3)氯离子平衡法受人为干扰较大,计算结果可能偏小,二元混合模型法未包含更多水源,计算结果可能偏大;(4)优化估算结果表明浅层地下水全年接受降水补给率在12%~38%间变化,雨季单次降水补给地下水比例在4.3%~58.0%间变化。本研究通过揭示丘陵区浅层地下水水化学性质变化规律,初步估算了浅层地下水补给来源及比例,可为区域地下水资源评估提供科学基础。     

城镇化流域地下水氮素组成特征及来源解析

为揭示城镇化地区地下水氮素组成特征及来源,以深圳市坪山区麻雀坑水流域为研究区域,分别于2020年9月（丰水期）和2020年12月（枯水期）采集民井、采样井和基坑地下水样品并分析样品中氮素的组成特征,联合硝酸盐氮氧同位素和氨氮氮同位素示踪技术,识别氮素的主要来源及转化过程,结合稳定同位素源解析模型,计算不同硝酸盐来源的贡献比。结果表明：1）麻雀坑水流域地下水氮素的主要赋存形态为NO-3-N,其次是NH4+-N。NO-2-N质量浓度相对较低,平均在“三氮”中所占的比例仅为1.2%,氮素质量浓度的季节变化不显著;2）同位素示踪信号显示地下水氮素的主要来源为污水与粪便,氮的转化过程以硝化作用为主;3）稳定同位素源解析模型结果显示,丰、枯水期地下水硝酸盐不同来源的平均贡献率排序相同,为污水与粪便>土壤氮>大气氮沉降>肥料,但贡献率大小不同。丰、枯水期源于污水与粪便的地下水硝酸盐贡献率分别为45%和74%,民井与采样井、基坑地下水中硝酸盐来自污水与粪便的比例分别为68%和82%;4）已关闭养猪场的历史遗留氮素是区域地下水潜在的氮污染来源,并影响地下水氮素的转化过程,位于地下水排泄...     

塔里木河中下游地下水化学及其演变特征分析

 通过对塔里木河中下游14个断面57眼地下水监测井样品离子化学成分分析,探讨了塔里木河中下游地下水化学成分特点、水化学类型及演化规律。结果表明：塔里木河中下游各断面地下水pH值变化不大,矿化度和各离子差异明显,地下水水样以Na⁺、Cl^-占绝对优势;矿化度较低的断面其离子浓度变化较小,反之,矿化度高的断面其离子浓度变化幅度较大;从塔里木河中游沙吉利克断面至铁依孜断面地下水化学类型由以Cl-SO₄-Na、Cl-Na-Mg和Cl-SO₄-Na-Mg型水为主,逐渐过渡为以Cl-SO₄-Na-Mg和Cl-Na型水为主,在下游阿克敦断面至考干断面地下水化学类型由以Cl-SO₄-Na-Mg、Cl-Na-Mg型水为主过渡为以Cl-Na、Cl-HCO₃-Na和Cl-Na-Mg为主;时间上,2006年中游断面沿河道地下水化学类型由Cl-SO₄-HCO₃-Na型过渡为Cl-SO₄-Na-Mg型再到Cl-Na型水,而2010年则由Cl-SO₄-Na型过渡为Cl-SO₄-Na-Mg型再到Cl-Na型水,在下游,2006年沿河道地下水化学类型由Cl-SO₄-Na型过渡为Cl-SO₄-Na-Mg型再到Cl-Na（Mg）型水,2010年则由Cl-SO₄-Na-Mg型直接过渡为Cl-Na-Mg型和Cl-Na型水。塔里木河中下游水样化学组成均落在Gibbs提出的Boomerang Envelope模型上翼,暗示研究区水样化学组成受到蒸发/结晶作用影响。另外,土地利用变化、灌溉、施肥等人为活动的影响不容忽视。     

石羊河流域地下水地球化学特征演化的计算机模拟研究

通过对石羊河流域地下水化学特征的计算机模拟研究表明：武威盆地的部分地区及红崖山水库是白云石和方解石的溶解区,民勤盆地则是白云石和方解石的沉淀区,蒸发浓缩作用是控制这一过程的主要因素。影响武威盆地地下水化学特征的诸因素中降雨起主导作用,而民勤盆地蒸发浓缩起主导作用。SO4^2-／HC03^—比值的上升标志着研究区地下水化学类型由重碳酸盐型向硫酸盐型转化,水质正在不断恶化。     

北大河流域地下水化学演化与补给特征

综合运用水文地球化学与同位素技术研究北大河流域地下水演化规律,研究区地下水水化学类型从上游到下游由HCO-3型向SO2-4-HCO-3型变化,再过渡到SO2-4型;随着矿化度增大,各离子出现不同的增减速度,白云石和硬石膏的溶解引起Mg2+、SO2-4增加,阳离子交换作用对Na+影响较大,Ca2+则受矿物溶解沉淀及离子交换等的共同影响,另外,蒸发浓缩也是影响研究区水化学的一个重要因素。地下水稳定同位素分布范围较广,δ18O为-10.28～-7.85‰,δD为-65.07～-53.85‰,总体上,南盆地山前地带比细土平原同位素贫乏,南北两盆地地下水同位素差别不大,两盆地同位素氘盈余,反映了酒泉山前及浅层水是由现代河流渠系迅速补给,深层水是现代水和古水混合的,金塔地下水受人类活动影响较大,开发利用过程中一定要慎重。     

甘肃石油河流域地下水补给来源与演化特征分析

针对石油河流域所包含的赤金盆地与花海盆地,综合利用地下水水化学指标与稳定同位素技术系统地研究了地下水的补给来源与演化规律。其中赤金盆地地下水化学演化受控于溶滤作用,方解石、白云石、石膏等不断地溶解进入低矿化度的地下水中导致Mg²⁺+Ca²⁺与HCO₃^-+SO₄^2-沿1∶1等量线分布;而花海盆地高矿化度地下水中的Na⁺与SO₄^2-、Na⁺与Cl^-均有较好线性关系且多数矿物饱和指数>1,表明芒硝溶解控制了地下水中主要离子成分且地下水演化过程转由蒸发浓缩作用主导。赤金、花海盆地地下水氢氧同位素沿祁连山大气降水线分布或于右下方,二者特征相似,但后者更为富集重同位素,反映研究区地下水主要补给来源为祁连山大气降水或石油河河水;此外,两盆地间水力联系紧密,前者补给后者,因此在水资源开发利用时应将两盆地作为整体进行统筹管理,避免不合理开采造成环境地质问题。     

Chemical weathering and CO2 consumption in the Xijiang River basin, South China

Monthly samples of riverine water were collected and analyzed for the concentrations of major ions (Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, Na⁺, HCO₃⁻, SO₄²⁻, Cl⁻, NO₃⁻), dissolved silicon, and total dissolved solids (TDS) at Wuzhou hydrological station located between the middle and lower reaches of the Xijiang River (XJR) from March 2005 to April 2006. More frequent sampling and analysis were carried out during the catastrophic flooding in June 2005. Stoichiometric analysis was applied for tracing sources of major ions and estimating CO₂ consumption from the chemical weathering of rocks. The results demonstrate that the chemical weathering of carbonate and silicate rocks within the drainage basin is the main source of the dissolved chemical substances in the XJR. Some 81.20% of the riverine cations originated from the chemical weathering processes induced by carbonic acid, 11.32% by sulfuric acid, and the other 7.48% from the dissolution of gypsum and precipitates of sea salts within the drainage basin. The CO₂ flux consumed by the rock chemical weathering within the XJR basin is 2.37 × 10¹¹ mol y^− 1, of which 0.64 × 10¹¹ mol y^− 1 results from silicate rock chemical weathering, and 1.73 × 10¹¹ mol y^− 1 results from carbonate rock chemical weathering. The CO₂ consumption comprises 0.38 × 10¹¹ mol during the 9-d catastrophic flooding. The CO₂ consumption from rock chemical weathering in humid subtropical zones regulates atmospheric CO₂ level and constitutes a significant part of the global carbon budget. The carbon sink potential of rock chemical weathering processes in the humid subtropical zones deserves extra attention.     

塔里木河中游输水堤防的修建对地下水化学特征的影响

通过对塔里木河中游输水堤防修建后,沙子河口、乌斯满和阿其河口三个断面地下水化学特征自2001—2003年的时空变化的监测与分析,初步揭示了在输水堤防影响下地下水化学特征变化的初步规律,结果表明：在空间上,沙子河口断面地下水化学变化规律完全被颠倒过来,乌斯满断面,地下水化学变化规律受输水堤防的影响不十分明显,但地表积盐严重,阿其河口断面,则呈现复杂的变化;在时间上,丰枯期地下水化学特征的正常变化规律在沙子河口被彻底改变,在乌斯满和阿其河口呈现出复杂变化。由于地下水循环具有潜在性和迟滞性,要彻底揭示在输水堤防影响下地下水化学特征时空变化的规律,需要进一步跟踪监测研究。     

Optimizing water resources allocation in the Haihe River basin under groundwater sustainability constraints

Journal of Geographical Sciences - This study applies a hydroeconomic optimization method for water resources management in the highly water stressed Haihe River basin. A multi-objective,...     

Hydrological processes of glacier and snow melting and runoff in the Urumqi River source region,eastern Tianshan Mountains,China

Hydrological processes were compared, with and without the influence of precipitation on discharge, to identify the differences between glacierized and non-glacierized catchments in the Urumqi River source region, on the northern slope of the eastern Tianshan Mountains, during the melting season (May-September) in 2011. The study was based on hydrological data observed at 10-min intervals, meteorological data observed at 15-min intervals, and glacier melting and snow observations from the Empty Cirque, Zongkong, and Urumqi Glacier No.1 gauging stations. The results indicated that the discharge differed markedly among the three gauging stations. The daily discharge was more than the nightly discharge at the Glacier No.1 gauging station, which contrasted with the patterns observed at the Zongkong and Empty Cirque gauging stations. There was a clear daily variation in the discharge at the three gauging stations, with differences in the magnitude and duration of the peak discharge. When precipitation was not considered, the time-lags between the maximum discharge and the highest temperature were 1-3 h, 10-16 h, and 5-11 h at the Glacier No.1, Empty Cirque, and Zongkong gauging stations, respectively. When precipitation was taken into consideration, the corresponding time-lags were 0-1 h, 13 h, and 6-7 h, respectively. Therefore, the duration from the generation of discharge to confluence was the shortest in the glacierized catchment and the longest in the catchment where was mainly covered by snow. It was also shown that the hydrological process from the generation of discharge to confluence shortened when precipitation was considered. The factors influencing changes in the discharge among the three gauging stations were different. For Glacier No.1 station, the discharge was mainly controlled by heat conditions in the glacierized region, and the discharge displayed an accelerated growth when the temperature exceeded 5°C in the melt season. It was found that the englacial and subglacial drainage channel of Glacier No.1 had become simpler during the past 20 years. Its weaker retardance and storage of glacier melting water resulted in rapid discharge confluence. It was also shown that the discharge curve and the time-lag between the maximum discharge and the highest temperature could be used to reveal the evolution of the drainage system and the process of glacier and snow melting at different levels of glacier coverage.     

不同源降水数据在天山南坡阿克苏河流域适用性分析

降水是水热循环以及气候变化研究的重要环节,降水资料的准确与否直接影响流域尺度的水文过程研究。本文基于2000-2015年天山南坡阿克苏河流域气象站点观测降水数据,对比分析了Tropical Rainfall Measuring Mission（TRMM）降水数据集和Global Land Data Assimilation System（GLDAS）两种具有代表性的降水格网数据集在阿克苏河流域的适用性。结果表明：TRMM3B43数据在阿克苏河流域的整体表现优于GLDAS-2数据。两种数据的精度在月尺度上表现最优,相关系数分别为0.938和0.901,通过了0.01的显著性检验;在季节尺度,TRMM3B43数据各季节与站点插值的拟合度要优于GLDAS-2数据,但二者均呈现出高估冷季降水而低估暖季降水的趋势;在年尺度上,两种数据表现较差。在空间分布上,两种数据类型均能够反映出阿克苏河流域降水自西北向东南递减的空间分布趋势。并且两种数据在平原区的表现均优于山区,低估高海拔地区降水而高估低海拔地区的降水。     

Hydrological effects of alpine permafrost in the headwaters of the Urumqi River, Tianshan Mountains

Against the background of climate change, alpine permafrost active layers have shown a gradual thickening trend and the hydrothermal conditions have undergone significant changes in the Tianshan Mountains and the Qinghai-Tibet Plateau, China. At the ice-free cirque basins in the headwaters of the Urumqi River(hereafter referred to as the Ice-Free Cirque) in eastern Tianshan, China, the hydrological effects of the alpine permafrost active layers appear to have also exhibited significant changes recently. The increasing trend of local precipitation is clear in May and June. The onset of winter and spring snowmelt runoff clearly lags behind increases of air temperature, and the runoff peak appears near the beginning of the melting season, which results in the spring runoff increasing. In summer, runoff decreases strongly and the maximum runoff occurs earlier. In our analysis of meteorological and hydrologic data from 1959 to 2010, the runoff and precipitation changes are significantly correlated. In the initial stage of runoff, the runoff-producing process is mainly under the control of the soil water content and soil temperature in the 0–30 cm active layers. Spring precipitation and snowmelt water are mainly involved in the processes of infiltration and evaporation while some melt water infiltrates into the seasonal thawed layer and stays above the frozen layers. During the strong ablation period in summer, the runoff-generating process is mainly controlled by soil water content in the active layers deeper than 60 cm. In the active layer, precipitation and seasonal snowmelt water infiltrates, migrates, collects, and then forms runoff.     

三江源地区植被指数下降趋势的空间特征及其地理背景

利用8km分辨率的Pathfinder NOAA/AVHRR-NDVI数据,结合1km分辨率的DEM,1 ∶ 250000道路、居民点、水系数据以及野外调查数据,分析了植被指数变化总体态势、植被指数变化与海拔及与距道路、水源和居民点距离之间的关系,探讨了三江源区1981~2001年间植被指数变化趋势和空间分异特征。结果表明:①三江源地区植被指数变化以下降趋势为主,下降区域占源区总面积的18.92%,增加区域占13.99%;②不同植被和冻土类型下的植被指数下降特征:灌丛区和森林区下降率最高,下降率与各类型区的居民点密度、生计方式有关;植被指数下降程度与冻土类型关系不明显;③植被指数下降的区域差异明显:下降率各区域分别为长江源区13.56%、黄河源区32.51%和澜沧江源区18.1%;④植被指数下降率随着距道路、河流的距离增加而逐渐减小;下降率在距居民点18~24km的缓冲带上达到最高后随着距离增大而下降;植被指数下降率随着海拔高程的升高呈"低－高－低－高"态势,下降率与居民点的分布高度相关。     

Glacier changes from 1975 to 2016 in the Aksu River Basin,Central Tianshan Mountains

Journal of Geographical Sciences - In this study, we analyzed glacier changes in the Aksu River Basin during the period 1975–2016, based on Landsat MSS/TM/ETM+/OLI imagery analysis and the...