冻土冻融对地下水的影响:以祁连山多年冻土区大通河谷融区为例

冻土区地下水的形成、补给、径流、排泄方式以及地球化学特征受到冻土分布及其季节性冻融过程的强烈影响。以地处祁连山多年冻土区的大通河谷融区为典型研究区,基于钻探、坑探和地球物理工作查明了区内冻土特征和分布情况;结合水文地质观测及抽水试验,分析了研究区河流融区内地下水的赋存条件,深入研究了区内冻土冻融过程影响下地下水的水文地质和水化学特征,认为冻土冻融过程决定了研究区的地质和水文地质条件,控制着地下水的补给、径流、排泄方式,特别是对地下水质有优化作用——冻土区地下水质明显优于非冻土区。冻土区地下水成因和赋存条件研究对于其开发利用有重要意义。      

桂江流域河流有机碳特征

通过对桂江流域内植物、土壤碳同位素、河流有机碳含量及同位素进行系统取样测试分析发现,桂江流域C3 植物的
δ13C范围为-37.89‰~ -23.27‰,C4 植物δ13C范围为-14.49‰~-12.00‰。土壤碳库的δ13C 范围为-30.43‰~
-11.56‰,平均值为-24.32‰。土壤碳库主要受C3 途径植物控制,C4 途径植物对土壤碳库的δ13C影响有限,植物残体转化成
土壤有机质的过程中产生有机碳同位素分馏效应,造成土壤有机碳同位素比植物碳库偏重4.42‰。桂江河流DOC分布范围
0.68~2.16mg/L,平均值为1.39mg/L。ρ(POC)分布范围0.11~1.14mg/L,平均值为0.37mg/L,DOC/POC的范围1.31~
9.04,ρ(DOC)>ρ(POC),成为水体有机碳的主要形式。流域水体中δ13CDOC值的范围为-29.682‰~-15.377‰,平均值为
-24.810‰;δ13CPOC值的范围为-27.886‰~-24.271‰,平均值为-25.868‰;两者均位于土壤有机碳库同位素范围内,说明河流
有机碳主要来源于土壤的机械侵蚀和土壤有机质的降解,受人类生产生活有机废弃物和河流自生浮游植物的代谢分泌物影响小。      

中国西南喀斯特地区水库溶解态与颗粒态碳研究进展

为了阐明喀斯特水库对河流水体碳循环造成的影响, 总结了近年来喀斯特流域筑坝作用对不同形态碳迁移转化和环境影响的研究进展。通过光谱学、稳定及放射性同位素等手段等对喀斯特地区河流-水库系统中的溶解无机碳(DIC)、溶解有机碳(DOC)、颗粒无机碳(PIC)和颗粒有机碳(POC)迁移转化及其控制机制的研究, 发现喀斯特水库碳循环展现出明显的季节性分布特征以及梯级水库群可能会进一步放大单个水库的生态效应, 这一结果不仅极大地促进了人们对水库碳循环的认识, 还有利于探索河流碳循环中"遗失"的碳汇以及更加准确的评估岩溶水库在全球河流碳循环中扮演的角色。喀斯特水库相比非喀斯特水库对人为活动加剧的影响可能具有更强的响应强度, 这也意味着喀斯特水库在全球变暖的趋势中发挥的作用需要得到更准确的评估, 而在未来的研究中, 通过不同分析手段从微观到宏观系统性的总结不同形态碳迁移转化特点将更准确的回答该问题。      

青藏铁路主要冻土路基工程热稳定性及主要冻融灾害

在介绍青藏高原多年冻土退化背景及其工程影响的基础上,通过主要冻土路基现场监测和沿线调查,对青藏铁路冻土路基2002年以来的地温发展过程、热学稳定性及次生冻融灾害进行了分析。结果表明:青藏铁路自2006年通车后冻土路基整体稳定,列车运行速度达100 km/h,达到设计要求,但不同结构路基的热学稳定性不同,采取"主动冷却"方法的路基稳定性显著优于传统普通填土路基。管道通风路基、遮阳棚路基及U型块石路基冷却下伏多年冻土的效果显著,块石基底路基左右侧对称性较差,而处于强烈退化冻土区和高温冻土区的普通路基热稳定性差,需结合路基所在区域局地气候因素予以调整或补强。以热融性、冻胀性及冻融性灾害为主的次生冻融灾害对路基稳定性存在潜在危害,主要表现为路基沉陷、掩埋、侧向热侵蚀等,其中目前最为严重的病害是以路桥过渡段沉降为代表的热融性灾害。     

基于深度神经网络的蒙古国色楞格河流域水体信息提取

蒙古高原地处干旱半干旱地区,河流水系对该区域的资源环境格局及其生态环境影响重大。发源于蒙古国的色楞格河是蒙古高原最主要的水资源来源,准确掌握该流域的水体信息对东北亚地区生态环境问题及资源保护具有重要意义。本文以蒙古高原色楞格河流域为研究对象,基于谷歌地球引擎（Google Earth Engine,GEE）云平台,使用 Sentinel-2 多光谱卫星遥感影像,利用深度神经网络（Deep Neural Network, DNN）方法对色楞格河流域的水体信息进行提取,并与支持向量机方法进行对比;利用全球30 m SRTM数据生成水系分布矢量图,通过空间分析形成河流提取目标区,结合深度神经网络分类结果,绘制蒙古国色楞格河流域2019年河流分布图。研究结果表明：① 该方法能够准确地完成大流域范围内的水体制图,提取结果能够体现色楞格河流域河流的空间分布,且能够减少河流断流、空洞现象;② 深度神经网络模型中批量大小设置为8时,在处理数据速度与精度中达到最优,而神经网络结构中隐含层数达到4层时,在精度评价指标测试数据集上达到0.9666,保证了模型特征挖掘能力;③ 经样本点的验证,结果总体精度达到97.65%,可以满足实际应用需求。本研究预期可以为蒙古高原的水体提取提供方法支持和相关数据支持。     

西藏纳木错流域现代环境变化特征及影响

该文利用已有资料,综述了纳木错流域冰川湖泊对气候变暖的敏感响应。太阳辐射是气候变化的主要能量来源,西风和印度季风的不均匀分布对高原冰川和湖泊的影响具有区域差异性。在气候变暖背景下,1970年以来,纳木错流域的冰川呈退缩趋势,湖泊面积呈扩大趋势,湖泊结冰时间延迟,融化时间提前,平均降水量变化趋势不明显。以上指标的变化都不具有周期性,很难识别太阳黑子的活动周期。冰川融化是湖泊面积扩大的主要因素,冻土融化产生的水量也是湖泊面积扩大不可忽视的原因。     

泌阳凹陷古近系核三段页岩层有机质富集规律

泌阳凹陷古近系核三段泥页岩是主要烃源岩,可划分出5套富有机质泥页岩层,页岩层系中有机质在层序地层格架内呈规律性分布。利用常量、微量元素和生物标志化合物等参数分析了5号和3号页岩层内有机质富集及其与沉积环境(气候、盐度、生产力、氧化还原条件)的相关性,并探讨了层序地层格架内有机质富集的主控因素(生产力和保存条件)。研究表明:①5号页岩层有机质主要富集于湖扩体系域中下部,③号页岩层有机质主要富集于最大湖泛面附近;②浊流活动对沉积层中有机质含量起稀释作用,导致深凹周缘区有机碳质量分数变化较大且频繁,但深凹中心区变化相对较小;35号和3号页岩层有机碳质量分数变化与氧化还原指标(V/Cr,Pr/Ph)均呈线性相关,其中3号页岩层有机碳质量分数变化还与古生产力指标(Cu、Ni)呈较好的相关性,表明干旱炎热气候下咸化水体的盐度分层有利于形成良好的保存条件,是5号页岩层有机质富集的关键,而温暖潮湿气候下藻类勃发对应的高生产力水平,以及湖盆深处缺氧底水环境决定了3号页岩层有机质的富集。      

气候变化情景下广东省降雨诱发型滑坡灾害潜在分布及预测

降雨诱发型滑坡灾害导致了人居环境的破坏并带来巨大的经济损失,尤其是在经济高度发达的粤港澳大湾区城市群。因此,急需有关降雨诱发型滑坡灾害分布的影响因素以及未来气候变化情景下潜在分布的研究。本文从气候变化角度出发,基于最大熵（MaxEnt）模型,结合气候、地形、地表覆盖等数据,揭示不同影响因素对当前气候环境下广东省滑坡空间分布的作用,进而阐述了未来气候情景下滑坡的潜在分布。结果表明：① 影响滑坡灾害空间分布的主要因子为最湿季度降雨量、7月降雨量、海拔和4月降雨量;② 当最湿季度降雨量处于593~742 mm、7月降雨量处于139~223 mm、海拔处于81~397 m和4月降雨量处于154~186 mm之间时,滑坡灾害较易发生;③ 受到气候变化的影响,当前密集分布于粤东地区的滑坡灾害高风险区的潜在分布范围和危害性总体呈现扩大趋势。本研究的结果可以为国土空间规划及城市群灾害预防提供科学依据。     

长江源区沼泽湿地退化的地质原因及发展趋势研究

青藏高原冻土沼泽湿地是中国三大沼泽湿地之一,但近年来,随着全球气候变暖和人类活动的共同影响,发育在该区的沼泽湿地由于冻土的融化而正在逐渐萎缩和消失,“中华水塔”三江源区的水平衡正在被打破。作者在分析了长江源区沼泽湿地退化的地质原因的基础上,预测了长江源区沼泽湿地在未来的发展演化趋势,提出了保护的措施和建议,以期为长江源区生态环境建设和国民经济可持续发展提供决策依据。     

关中地区重力场动态演化特征与地震活动分析

系统分析了陕西关中测区1983～2003年的流动重力观测资料,研究了重力场的时空动态演化特征,结 果表明:①地震孕育阶段,伴随异常点段增多,重力场在一定范围内出现区域性的重力负异常,地震往往发生在异 常区的边缘或重力异常梯度带上,震后逐渐回升;②重力场变化图像较好地反映了在区域应力场和震源应力场作 用下断层活动引起的重力效应;③关中重力场的转折变化受制于大区域应力场的影响和作用。     

基于多特征指标和层次聚类分析的河源区范围自动划分方法研究

河源区边界是重要的国家基础地理信息之一,但除长江、黄河等大江大河外的我国大部分其他中小流域仍缺乏确切的河源区边界信息,需要科学划定河源区边界以支持流域水生态保护相关政策的规划与实施。对此,本文在确立河源区划分原则、明确划分依据的基础上,提出了基于多特征指标和层次聚类分析法的河源区边界划定方法。以沁河流域为研究案例,首先利用均值变点分析法计算沁河流域子流域提取的最佳汇流累积量分位数阈值为0.15%,再基于子流域的多特征指标运用层次聚类分析法最终确定河源区范围边界,并将该方法应用于长江、黄河流域进行验证分析。结果表明：① 基于多特征指标和层次聚类分析提取的沁河流域河源区范围处于河底比降法、水文站点方法得到的源区范围面积之间;② 该方法在长江、黄河流域河源区划分结果的交并比分别达到85.40%和79.99%,侧面验证了本文方法进行河源区边界划分的合理性与适用性。基于多特征指标和层次聚类分析的河源区边界自动划分方法可以简捷高效地识别缺乏明确河源区边界信息的流域河源区范围,为我国河源区生态安全屏障识别、水资源保护相关政策的规划和实施提供科学支撑。     

基于大数据的化工企业时空变化特征及其对水域的潜在影响分析方法

区域水环境影响评估是指导产业布局与结构优化、防范和降低环境风险的重要步骤。基于互联网爬取的企业数据,探究了江苏省1990—2020年化工类企业的时空分布特征,同时引入区域生长法模拟化工企业的潜在影响区,即考虑企业周边地形梯度差异所模拟的影响范围,最后分析了企业对周边水域的潜在影响并提出了相应的防控建议。结果表明：① 1990—2020年,江苏省化工类企业数量呈现出先快速增加而后缓慢增加再缓慢减少的变化趋势,空间上呈现“南多北少,亲水型”的分布特征;② 企业对周边水域和水源地保护区均产生一定威胁,在2020年,江苏省超过20%的水域位于化工企业3 km范围内,接近6%的水域位于企业潜在影响区域内。此外,超过200个（5%）化工类企业位于116个水源地保护区内;③ 通过梳理文献及报道资料,发现水污染事件分布与本文所识别的重点河流（孟津河、大浦港、灌河及夹江等）具有较好的一致性,说明了识别结果的可靠性。本文从化工企业的互联网数据挖掘出发,结合企业潜在影响区的模拟,能够有效识别水域影响重点区域/河段,相关研究方法可为全国化工类企业的水域影响评估提供支撑。     

公路通过多年冻土区的防护治理

1998年～2005年笔者先后负责了黑河-北安、伊春-嘉荫公路和嫩江～金水地方铁路等的多年冻土勘察工作,2008年～2011年在黑龙江省公路三年决战期间又对通过多年冻土区的北安-黑河、前锋农场-嫩江、绥化-伊春、漠河-北极村高速公路和连蛊-呼中公路等建设项目进行了地质灾害危险性评估和勘察,并参与了设计,对公路通过多年冻土区冻土的分布规律、类型特征以及对公路的影响、设计方案、运行效果掌握了第一手资料,总结如下。     

冻土斜坡模型试验相似分析

南水北调工程、青藏铁路建设工程等一系列工程的实施,将进一步影响和加剧青藏高原多年冻土区斜坡稳定性问题,冻土区边坡开挖及斜坡稳定性是工程活动中必须解决的问题之一,冻土斜坡稳定性研究在国内尚属空白。通过相似模型试验对高原多年冻土区斜坡在自然和人类活动影响下的失稳机制和活动规律进行分析,是开展研究的重要手段。根据相似理论第一定律,对冻土斜坡模型试验进行了相似分析,应用积分类比法推导并建立了冻土斜坡模型试验的相似指标和相似判据,得出在用原状土作模型介质时,6个相似常数减少为2个相似常数,即cτ和cl。模型与原型的时间比例尺是由几何比例尺决定的,即cτ=c2l,仅有一个相似参数为自变量,另一个为因变量。据此对青藏高原多年冻土区青藏公路沿线K3035处冻土斜坡进行了相似模型设计和冻融模型试验。模型再现了K3035处7°斜坡在4个冻融循环条件下,坡体中部(水平、垂向)4#位移伸张计质点位移曲线随时间的变化特征。实验表明,斜坡土体中部在第一次冻融循环中已有滑动迹象,随着滑坎进一步后退和靠近观测基准点,必然出现一次较大的位移,直至周边土体出现滑塌为止。模型试验结果与现场观测资料相比较是令人满意的。     

喀斯特地区植被覆盖度变化及地形与人口效应研究

喀斯特山地流域植被变化具有独特性,探究其植被变化特征有利于石漠化治理和退耕还林工程科学实施。本文选取1990-2016年贵州石阡河流域Landsat系列遥感影像,采用像元二分模型和相关分析等方法研究流域植被覆盖度时空变化特征,并探究其变化的地形效应和人口效应。研究表明：① 1990-2016年贵州石阡河流域植被覆盖度总体处于上升趋势,植被恢复取得较好效果;② 1990-2016年贵州石阡河流域植被覆盖度变化的地形效应中,随海拔和坡度上升,植被覆盖度总体处于稳定上升趋势。随坡向变化中,无坡向地区植被覆盖度最低,其他坡向差异不明显;③ 1990-2016年贵州石阡河流域植被覆盖度变化的人口效应中,随人口密度上升,植被覆盖度总体处于下降趋势。研究结果可以为喀斯特地区退耕还林还草和石漠化治理提供科学依据。     

神农架大九湖泥炭地溶解有机碳季节性变化及其影响因素

亚热带泥炭地在水源涵养、碳储存和生物多样性等方面有着重要的保护价值。溶解有机碳(DOC)是泥炭地中容易受到外界扰动的一部分碳，在气候变化和人类活动的双重影响下，DOC可能通过降解或横向迁移从泥炭地中流失，潜在地威胁了泥炭地的碳储存功能。然而，目前对于亚热带泥炭地DOC如何响应季节性尺度的环境变化还缺乏深入的认识。以位于北亚热带的神农架大九湖泥炭地为研究对象，开展了季节尺度的泥炭孔隙水DOC浓度和紫外-可见吸收光谱特征以及环境参数的监测。结果显示，在大九湖泥炭地中，表层0~10 cm的泥炭孔隙水DOC浓度和光谱参数具有明显的季节差异性，DOC浓度和光谱参数还表现出明显的深度差异性。相关性分析显示，DOC浓度及紫外-可见吸收光谱参数直接受控于泥炭孔隙水的电导率和氨态氮浓度，可能还间接受到泥炭地水位和孔隙水硝态氮浓度等因素的影响。以上结果表明，在亚热带季风气候条件下，季节性水位波动引起的泥炭水化学参数和营养盐的变化，可能显著改变表层泥炭DOC动态，需要重视这种季节性波动对亚热带泥炭地碳储存能力以及生态功能的影响。      

试论河流地貌学的新进展和趋势

河流地貌学研究河流动力的侵蚀-搬运-堆积过程(源-汇系统)、河流地貌的时空演化,及其与地球内部构造活动和地球表层气候和环境之间的相互关系。介绍了河流地貌学与表层地球系统科学的关系、研究内容和发展趋势、前沿问题和研究机遇。河流侵蚀、搬运和堆积在构造-气候相互作用中起着重要的媒介作用,是地球内部和外部相互作用的重要纽带。随着高精度数字地形模型定量分析、地表侵蚀速率的定量测定、沉积物测年以及地貌演化数值模拟等新技术和新方法的应用,促进了不同时间和空间尺度流域地形、水系发育、河流地貌动力过程、河流地貌空间分布特征及其对构造、气候和人类活动等的响应和反馈的研究。未来除了更深入地理解流域尺度物质和形态的变化规律和机制外,加强河流地貌过程的定量表达,将流域地貌研究与表层地球系统的热点科学问题相联系,进一步开展学科交叉,服务于国家战略,才能提高河流地貌学、乃至地貌学科的竞争力。     

跨流域地下水循环研究进展

在区域尺度上,地下水流的路径存在跨越地表分水岭的可能性,从而形成跨流域地下水循环,影响流域之间的水文关系和溶质输送过程。跨流域地下水循环的研究在国际上尚处于起步阶段,方兴未艾,目前已经取得的进展是一个值得关注的问题。对近20年来国内外跨流域地下水循环的研究文献进行了系统的跟踪分析,从形成机理、识别方法和影响评估3个角度总结现有的研究进展。在水动力学形成机理方面,已经从理论上确定了地表分水岭、潜水面最高点和地下水流系统分水点之间的偏离特征,为划分河流之间的多种跨流域地下水循环路径提供了依据。在跨流域地下水循环的识别方面,一系列实际流域的案例提供了可以借鉴的方法,包括水均衡法、流域水文模型和水文地球化学端元混合模型等,证实了跨流域地下水循环的存在性,甚至评估出其循环通量,深化了流域水量平衡关系的认识。研究表明流域地理位置、形态尺寸、气候背景和地质构造等条件都会影响跨流域地下水循环的发生及通量。在影响评价方面,初步发现跨流域地下水循环对水文要素的气候敏感性、Budyko模式状态参数及碳源碳汇形成有重要影响,忽略其作用可能产生错误的认识。目前,科学界对跨流域地下水循环的动力学过程及其物质输送效...     

湖北宜昌香溪河流域环境同位素特征及其水循环意义

为研究鄂西南岩溶山区的水循环过程,以湖北宜昌香溪河流域为研究对象,通过现场调查并结合环境同位素,对香溪河
流域地表水和地下水进行了取样,通过测定其氢氧同位素组成,分析了同位素变化特征以及流域地下水和地表水的转换关系及其
水循环特征。流域水中δD、δ18O值组成分析表明:流域内各种水体主要分布在当地大气降水线的附近,构成斜率明显小于雨水线
的蒸发线,3个子流域δD、δ18O值的富集程度为:南阳河流域<古夫河流域<高岚河流域。南阳河流域上游受神农架山区地方性
大气降水控制。响水洞和响龙洞(暗河出口)水中氘过量参数(d)值分别反映出不同的地下径流途径与滞留时间、水岩反应强度。子
流域同位素沿程变化的特征反映出:在上游段,水来源不同以及地表水和地下水转换频繁是δD、δ18O值变化的主要影响因素;在中下
游段,流域内地下水流入河流,河水流量逐渐增大,不同的水源混合均匀,经过一定的蒸发作用,δD、δ18O值的变幅趋于稳定。      

黑碳在全球气候和环境系统中的作用及其在相关研究中的意义

燃烧形成的黑碳粒子进入大气中可影响辐射平衡,导致全球气候变暖,其沉降在河流、湖泊、海洋、土壤等环境中对全球生物地球化学循环起到重要的作用,成为当前国际地球科学研究的热点问题。综述了黑碳的定义及排放、沉降、降解过程,并总结了其在现在及过去环境和气候系统中的重要作用与研究意义。黑碳是全球惰性有机碳库的重要组成部分,在全球慢速碳循环中发挥潜在作用。因其具有很强的吸光特性,它在区域气候变暖过程中扮演重要角色。沉降在不同地质载体中的黑碳难以降解,可以保存几百万年,为地质历史时期古气候和古环境重建研究提供重要信息。海洋沉积物过去数百万年的黑碳记录指示了天然火的演化信息,晚第四纪黄土剖面黑碳也指示了天然火的变化信息,最近千年的湖泊和冰芯黑碳记录既反映了天然火的信息,也指示人类活动的信号。未来黑碳研究应进一步关注标准测量方法,以真正理解黑碳在全球气候与环境系统中的作用。