碳酸盐岩中微量硫酸盐的氧硫同位素分析

 从碳酸盐岩中定量提取SO₄^2-是分析碳酸盐岩中微量硫酸盐氧、硫同位素组成的一个关键问题。在提取过程中要求不发生明显的同位素分馏。提取出的硫酸盐最终以硫酸钡形式沉淀出来。测定此硫酸钡的氧、硫同位素组成便获相关碳酸盐岩中微量硫酸盐δ¹⁸O的及δ³⁴S值。     

重大地质转折期的碳、硫循环与环境演变

碳、硫在表层储库和地质储库以不同的形式相互转换,在这个过程中都伴随着一定的同位素分馏。碳同位素的分馏主要受到光合作用以及海水溶解无机碳与大气CO2交换的控制,而硫同位素的分馏则主要受控于硫酸盐细菌还原作用。表层储库碳、硫同位素的组成通过地质作用被很好地保存在地质储库中,因此通过对地质储库中碳、硫同位素的分析和研究,可以很好地了解地球各圈层相互作用的规律,重塑地质历史特别是重大关键转折时期的演化过程。同时文中借助一些碳、硫同位素应用实例,进一步加深理解影响碳、硫同位素组成和变化的原因,以提高对不同时期全球环境变化的认知程度。     

维持黄河流域水沙平衡的调控指标阈值体系研究

推进黄河流域系统治理与黄河水沙协同调控是确保黄河长久安澜的关键。因受气候、生态、地形地貌和强人类活动等多系统耦合影响，约束黄河水沙整体行为的分系统协调以及各单系统水沙关系协调的表征指标筛选及其阈值确定，一直是治黄实践的难题。基于维持黄河全流域水沙平衡，构建了黄土高原-干流河道-河口水沙协同调控三级指标阈值体系，包括1个一级指标、8个二级指标和20个三级指标。结果表明：(1)流域侵蚀防控指标阈值体系中，60%的林草梯田覆盖率下可致产沙的次降水量阈值为57 mm;可基本遏制流域产沙的林草有效覆盖率和梯田比阈值分别为60%和40%;淤地坝拦沙减蚀阈值为三级沟道控制率40%～50%。(2)河道水沙调控指标阈值体系中，近期宁蒙河段平滩流量阈值约为2 000 m³/s,远期黑山峡水库建成后宁蒙河段平滩流量阈值约为2 500 m³/s;近期潼关高程调控阈值约为328 m,远期古贤水库建成后潼关高程可冲刷下降至326 m左右；下游河道平滩流量阈值约为4 000 m³/s。(3)考虑黄河三角洲淤蚀动态平衡，河口稳定沙量阈值约为2.6亿t/...     

豫北山前平原深层地下水硫酸盐来源与污染途径的同位素示踪

豫北山前冲洪积平原深层地下水硫酸盐(SO42?)呈现持续增高趋势,但其机制仍不清楚.为探讨深层地下水SO42?来源与污染机制,选择山前冲洪积平原不同赋存条件深层地下水作对比分析,借助水体水化学、氢氧同位素(δDH2O和δ18OH2O)、硫酸盐硫和氧同位素(δ34SSO4和δ18OSO4),示踪人类活动影响下深层地下水S...     

一种改进的硫酸盐硫同位素制样方法

硫酸盐-氧化亚铜-石英砂直接热解法需要设置分离SO₂、H₂O和CO₂的冷阱。研究表明H₂O和CO₂主要来自试剂石英砂的气液包裹体。采取石英砂预处理措施能大大减少制样过程引入的H₂O和CO₂。改进后的制样系统简单、易操作,且与硫化物同位素样品制备兼容。     

长江中下游江湖水沙调控数值模拟

以长江中下游防洪系统为对象,在大型复杂防洪系统洪水运动数值模拟基础上,成功地将面向长江中下游防洪规划论证需求的洪水演进数学模型转化为面向长江防洪系统江湖水沙调控需求的长江中下游江湖水沙调控数学模型.为适应江湖水沙调控和评估的要求,提出了基于水动力学的闸坝调度计算模式.此外,还对河网分汊泥沙分配模式进行了深入研究.通过长江中下游防洪规划及其洞庭湖区"控支强干"方案论证模拟计算,较好地解决了防洪措施蓄泄后效评估和工程优化调控模式等关键难题,为防洪规划方案的制定提供了定量依据,主要成果已应用于长江中下游防洪规划方案.     

热水溶液中硫代硫酸盐分子内硫同位素的交换

分子内不同结构位置上两个同种元素的原子间的直接同位素交换,服从假一级化学反应速度定律。这两位置原子间的同位素交换分数F仅为反应时间t的函数,且有ln(1-F)=-(kf+kr)t。由此分析Uyama等(1985)的实验结果,表明热液中硫代硫酸盐(HSSO3H)分子内-SO3H和-SH之间的直接硫同位素交换很慢,它们之间实际存在的较快速同位素交换是通过与硫化物反应形成多硫化物这个可逆反应来实现的。     

硫和氧同位素示踪黄河及支流河水硫酸盐来源

为了准确识别河水硫酸盐受自然风化和人为活动影响的过程,做好地表水资源管理,选择黄河小浪底水库以下干流和支流河水为主要研究对象,分期采集河水样品,采用硫酸盐硫和氧同位素,结合水化学组成及潜在硫酸盐来源硫和氧同位素范围,判定黄河及支流河水硫酸盐的来源及混入比例。结果表明:① 研究区黄河河水硫酸盐主要来源于第四纪黄土中易溶硫酸盐,干流河水SO₄2-含量均值为2.23 mmol/L,δ34S_SO4和δ18O_SO4均值分别为+8.9‰和+10.4‰;② 研究区沁河丰水期河水硫酸盐24%来源于大气降水,61%来源于土壤硫酸盐溶解,15%来自于石膏溶解;平水期河水硫酸盐39%来源于大气降水,36%来源于土壤硫酸盐溶解,25%来源于石膏溶解。沁河河水SO₄2-含量均值为2.44 mmol/L,δ34S_SO4和δ18O_SO4均值分别为+9.8‰和+9.7‰;③ 研究区洛河河水硫酸盐受生活污水影响较大,伊河河水硫酸盐受到土壤硫酸盐溶解和化学肥料溶解的共同影响,伊洛河河水SO₄2-含量均值为1.27 mmol/L,δ34S_SO4和δ18O_SO4均值分别为+10.4‰和+6.5‰。蒸发盐类矿物溶解以及土壤硫酸盐溶解等自然风化过程是控制区域河水硫酸盐来源的重要过程,人为活动对伊洛河河水硫酸盐的贡献不容忽视。     

贵州红枫湖硫酸盐来源及循环过程的硫同位素地球化学研究

红枫湖是云贵高原上一个中等富营养化的季节性厌氧湖泊。对红枫湖流域湖水及其入湖河流河水一年内四个季节的水体硫酸盐硫同位素组成进行了系统研究,结果表明,红枫湖湖水硫酸盐的δ^34S值介于-8．7‰-4．9‰之间,平均-6．8‰,入湖河流的δ^34S值变化范围为-14．7‰-＋0．8‰。湖水的硫同位素组成主要受煤以及大气降水的控制,硫化物和蒸发岩的贡献较小。全年内湖水的δ^34S值季节性变化明显,表现为夏季〉秋季〉冬季、春季的特征,反映了大气降水对湖水硫酸盐贡献的季节性差异。此外,湖水垂直剖面上呈现出明显的季节性差异,冬季、春季湖水的剖面上下δ^34S值几乎没有变化,而夏季、秋季湖水表层和底层相对较高,呈规律性变化,这与湖水冬季混合、夏季分层的特点有关;夏季湖水分层期间雨水在湖泊表层的滞留,以及湖泊底层的硫酸盐细菌还原等相关生物地球化学过程是水体垂直剖面上δ^34S值规律性变化的主要原因。     

Variations of Hydrodynamics and Submarine Groundwater Discharge in the Yellow River Estuary Under the Influence of the Water-Sediment Regulation Scheme

The “Water-Sediment Regulation Scheme” (WSRS) is critically important to the hydrologic evaluation of the Yellow River estuary since a huge pulse of water and sediment are delivered into the sea during a short period. We used the natural geochemical tracers radium (²²³Ra, ²²⁴Ra, ²²⁶Ra) and radon (²²²Rn) isotopes as well as other hydrological parameters to investigate the mixing variations and submarine groundwater discharge (SGD) in the Yellow River estuary under the influence of the 2013 WSRS. Dramatically elevated radium and radon isotopic activities were observed during this WSRS compared with activities measured during a non-WSRS period. Radium “water ages” indicated that the offshore transport rate nearly tripled when the river discharge increased from 400 to 3400 m³/s. We calculated the SGD flux in the Yellow River estuary based on a radium mass balance model as well as radium and radon time-series models. The SGD flux was estimated at 0.02~0.20 m/day during a non-WSRS period and 0.67~1.22 m/day during the 2013 WSRS period. The results also indicate that large river discharge tends to lead more intense SGD along the river channel direction with a large amount of fresh SGD.     

小浪底水库淤积形态数值模拟

水库淤积形态是影响库容分布、水库排沙的一项重要因素。小浪底水库近坝段淤积泥沙粒径极细,具有流动性,针对其细颗粒泥沙淤积特点,揭示了水库细颗粒淤积物的流变特性与流型特征;通过引入水、淤积物、床面之间的界面受力分析,构建了细颗粒淤积物失稳流动描述模式,并与水沙输移模型相耦合,建立了考虑细颗粒淤积物流动特性的水库淤积形态模拟方法,在此基础上对小浪底水库淤积形态进行了验证分析。研究结果表明:低密度细颗粒淤积物为宾汉型流体,淤积平衡坡降较小,当其密度大于1.25 g/cm 3后,流动性快速减弱;考虑细颗粒淤积物流动特征的水库淤积形态模拟结果与实测结果吻合较好。研究成果可为水库淤积形态形成机理及其对水沙调控的响应研究提供技术支撑。     

小浪底水库淤积形态数值模拟

水库淤积形态是影响库容分布、水库排沙的一项重要因素。小浪底水库近坝段淤积泥沙粒径极细,具有流动性,针对其细颗粒泥沙淤积特点,揭示了水库细颗粒淤积物的流变特性与流型特征;通过引入水、淤积物、床面之间的界面受力分析,构建了细颗粒淤积物失稳流动描述模式,并与水沙输移模型相耦合,建立了考虑细颗粒淤积物流动特性的水库淤积形态模拟方法,在此基础上对小浪底水库淤积形态进行了验证分析。研究结果表明:低密度细颗粒淤积物为宾汉型流体,淤积平衡坡降较小,当其密度大于1.25 g/cm³后,流动性快速减弱;考虑细颗粒淤积物流动特征的水库淤积形态模拟结果与实测结果吻合较好。研究成果可为水库淤积形态形成机理及其对水沙调控的响应研究提供技术支撑。     

建立黄河下游冰情数学模型优化三门峡水库防凌调度的研究

本论述了黄河下游冰情特征、凌汛灾害、防凌措施及应用冰精数学模型优化三门峡水库防凌调度的研究。黄河下游属于不稳定封冻河段，有的年份，三封三开，约有十分之一的年份不封河，冰情变化非常复杂。本根据热量平衡原理及水力学理论，结合实际经验，建立了一个冰情数学模型，用来进行冰情预报和优化三门峡水库防凌调度。经实测资料检验，结果比较满意。     

小浪底水库运用后黄河下游防凌问题分析

黄河下游属于不稳定封冻河段, 凌情变化复杂, 在历史上曾以决口频繁难以防治而著称.小浪底水库投入运用后, 凌情有很大程度减轻.但由于凌汛的发生带有很大的突发性,冰塞、冰坝难以预测, 加之河道持续淤积萎缩, 弯道和浮桥众多, 影响凌汛的热力因素无法控制等, 黄河下游防凌仍将是长期任务, 今后防凌工作还有许多问题需重点研究.     

小浪底水库运用后黄河下游游荡段主槽摆动特点

天然冲积河流主槽摆动具有复杂的时空变化性,分析其摆动特点对研究黄河下游游荡段河床演变规律具有重要意义。以1999—2016年黄河下游游荡段汛后卫星遥感影像与实测28个淤积断面地形资料为基础,计算了断面及河段尺度的主槽摆动宽度及强度,确定了小浪底水库运用后游荡段的主槽摆动特点,并定量分析了影响游荡段主槽摆动强度的主要因素。计算结果表明:游荡段主槽摆动方向具有往复性,主槽摆动宽度呈现中段大、上下两段小的特点;小浪底水库运行后,游荡段主槽摆动宽度及强度呈逐渐减小趋势,多年平均值分别为188 m/a和0.16;上游来水来沙条件是影响主槽摆动强度的主要因素,河床边界条件(滩槽高差、河床组成等)是次要因素;建立了游荡段主槽摆动强度与前3年平均水流冲刷强度的幂函数关系,相关系数良好。     

Behavior and budget of dissolved uranium in the lower reaches of the Yellow (Huanghe) River: Impact of Water–Sediment Regulation Scheme

The Water–Sediment Regulation Scheme (WSRS) is an important water conservancy project in the Yellow River basin, which is usually operated annually from June to July to control water and sediment release from the Xiaolangdi Reservoir in the middle reaches. As a greatly concentrated period of delivering terrigenous materials from the Yellow River to the sea, the WSRS can serve as a natural laboratory to examine the geochemical behavior of elements during their transport along the river. Uranium isotopes (²³⁴U and ²³⁸U) were measured in Yellow River waters at stations Xiaolangdi (located in the middle reaches of the Yellow River) and Lijin (the last hydrologic station near the Yellow River estuary) during the WSRS 2012. Compared with station Xiaolangdi, dissolved uranium concentration at station Lijin was markedly higher, showing a significant impact from the WSRS. Budget calculation for dissolved uranium during the WSRS indicated that two major sources of new added dissolved uranium in the section of the Yellow River between Xiaolangdi and Lijin: suspended particles (46%) and porewater of bottom sediment (45%). The flux of dissolved uranium from the Yellow River to the sea was estimated to be 2.40 × 10⁷ g during the WSRS 2012.     

西藏年楚河满拉水库上游冰川变化及其影响

西藏年楚河流域满拉水库上游的冰川融水对"一江两河"地区的农业和水利发电十分重要,而气温升高导致青藏高原冰川普遍退缩.利用1980年地形图、1990年Landsat TM、2000年LandsatETM+和2005年CBERS遥感影像估算了满拉水库上游冰川面积的变化,并评价了其可能影响.结果表明,1980-2005年无表碛物覆盖的冰川面积减少了7.34%(13.42km2).冰川退缩近期将对农业灌溉、水利发电产生积极影响.然而,由于大量的小冰川(2km2)将会在未来快速退缩和消失,导致水资源短缺.同时,冰川补给湖泊呈快速扩张趋势,冰湖溃决洪水发生的可能性将大大增加.     

黄河上游龙羊峡水库春季入库流量预报模型研究

The catchment above Longyangxia Gorge in the upper Yellow River basin is situated in the northeast of the Tibetan Plateau. Meltwater from snow is the main water supply to the rivers in this region during spring (late March to early June). In this paper, the study target is the inflow to the Longyangxia Reservoir, the largest reservoir in the upper Yellow River basin, during late March to early June. Then a mid-term operational runoff prediction model based on snow cover data from AVHRR images of NORR meteorological satellite and ground surface hydro-meteorological data, called double sifting and stepwise regression model, is presented to forecast the inflow during this period. Examining at the reservoir shows that the forecast accuracy is satisfying.     

格尔木河流域植被指数时空分布及其影响因素研究

格尔木河流域气候干旱少雨,生态环境较脆弱,植被动态对其生态环境保护具有重要意义。基于连续序列的MODIS NDVI数据,分析了格尔木河流域植被指数时空分布及其影响因素。结果表明:研究区NDVI平均值总体较小,主要在0.10～0.12间波动,但呈增大趋势。区内植被改善区分布在格尔木市东、西两侧,基本不变区为荒漠地区,植被退化区分布在北部盐湖区。区内裸土的面积逐渐减小,低覆盖率和高覆盖率植被的面积逐渐增加。研究区植被生长与气象、土壤水分和地下水位埋深都有关系。气温与植被指数相关关系较好,相关系数为0.822,而降水对植被的生长也有一定的作用。植被指数与表观热惯量是正相关关系,相关系数为0.979。区内植被的地下水位埋深范围为0～12 m,在水位埋深约为6.5 m的地方,植被长势最好。