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.     

不同时间尺度下的湖泊沉积物环境记录——以沉积物粒度为例

在湖泊沉积记录与古气候研究中, 沉积物粒度的环境意义常常解释为: 粗粒沉积物指示低水位时期的干旱气候, 细粒沉积物指示高水位时期的湿润气候. 本文通过对云南洱海和程海现代沉积物粒度的研究, 揭示了沉积物粒度在不同时间尺度、不同时间分辨率的研究中具有不同的环境指示意义. 在长时间尺度、低分辨率(百年、千年)研究中, 粗粒沉积物指示湖泊收缩、湖水较浅的干旱气候期; 细粒沉积物指示湖泊扩张、湖水较深的湿润气候期. 在短时间尺度、高分辨率(年际、10 a)研究中, 粗粒沉积物指示降雨量较大的湿润年份; 细粒沉积物指示降雨量相对较小的干旱年份. 由于不同时间尺度研究中沉积分辨率、采样分辨率和定年精度的不同, 湖泊沉积物记录所反映的环境信息在不同尺度下因此可能存在差异. 在由以往的长时间尺度、低分辨率研究转向短时间尺度、高分辨率研究的过程中, 不能简单套用各种指标在长尺度研究中的环境指示意义, 必须结合研究的时间尺度和分辨率, 综合分析各种因素对环境记录的影响方式和程度, 才能得出可靠结论.     

湖泊沉积物的磁化率、频率磁化率及其古气候意义—以青海湖、岱海近代沉积为例

湖泊沉积物的磁性参数是古气候、古环境的重要代用指标。通过对青海湖QI₅孔和岱海DH₃₂孔短岩心的磁化率、频率磁化率的研究,并与地球化学参数等其它资料对比,探讨了以上两个湖区历史时期古气候变化规律;论证了用磁化率、频率磁化率作为古气候、古环境指标的可靠性和敏感性;并对其变化机制进行了初步探讨。     

湖泊沉积物的磁化率、频率磁化率及其古气候意义—以青海湖、岱海近代沉积为例

湖泊沉积物的磁性参数是古气候、古环境的重要代用指标。通过对青海湖QI_5孔和岱海DH_(32)孔短岩心的磁化率、频率磁化率的研究,并与地球化学参数等其它资料对比,探讨了以上两个湖区历史时期古气候变化规律;论证了用磁化率、频率磁化率作为古气候、古环境指标的可靠性和敏感性;并对其变化机制进行了初步探讨。     

大型浅水湖泊沉积物内源营养盐释放模式及其估算方法--以太湖为例

在新的野外调查和室内试验基础上,完善了有关大型浅水湖泊沉积物内源营养盐释放的模式,并在此基础上提出了太湖内源释放的估算方法.通过在太湖开展室内释放模拟实验和风浪期间底泥悬浮及上覆水中营养盐浓度变化的野外观测,提出了静态与动态二种浅水湖泊内源释放模式.静态情况下,营养盐主要通过浓度梯度扩散从沉积物进入上覆水,其释放强度受控于沉积物～水界面的温度,氧化还原环境及营养盐浓度差;动态条件下,沉积物由于动力扰动而发生悬浮,沉积物中溶解性及颗粒态的营养盐随着沉积物的悬浮而释放.虽然动态情况下总的营养盐释放较静态条件下大,但由于湍流导致水体及水土界面充氧,铁,锰等金属元素因氧化而吸附溶解性营养盐(特别是活性磷SRP)的能力增强,所以动力扰动仅引起总的营养盐释放,而不一定导致溶解性营养盐的释放.因此,在动态条件下,营养盐总释放量受控于动力扰动强度,底泥可悬浮量及沉积物中的营养盐含量;对于可溶性的营养盐,特别是SRP,其释放还受控于动力复氧的强度,沉积物中铁的含量及沉积物间隙水与上覆水中营养盐的浓度差.在此基础上,分别估算了静态和动态二种情况下沉积物内源释放量.根据实验室模拟结果,静态条件下太湖全湖一年NH4+-N释放量达1万吨左右,PO43--p释放量达900t左右;结合太湖2001年的风场观测记录,把太湖野外风浪过程分为风平浪静,小风浪,大风浪三种情况,分别占全年总日数的12％,82％,6％.在"风平浪静"条件下,其释放量根据实验室的静态释放试验来估算,而"小风浪"和"大风浪"条件下,其释放量则根据室内水槽试验得到的释放通量来估算.结果显示太湖全年释放量为总氮8.1万吨,总磷为2.1万吨;分别为外源氮磷年输入量的2～6倍.     

湖泊沉积物14C年龄硬水效应校正初探——以青海湖为例

在深入探讨湖泊硬水效应成因和变化规律的基础上,借鉴海洋碳库效应校正方法,首次利用湖水和大气14C放射性比度之间关系的方法对青海湖沉积物14C年龄进行硬水效应校正,并重建了青海湖硬水效应在过去8 ka中的变化过程.笔者认为,青海湖表层沉积物有机质14C年龄不老于1549 aBP,青海湖硬水效应在7000-1000 aBP期间是逐渐增强的.     

湖泊沉积物XRF元素连续扫描与常规ICP-OES分析结果的对比及校正--以兹格塘错为例

岩芯X荧光光谱扫描仪(XRF)可以无需破坏样品,直接通过对剖开岩芯表面扫描获知沉积物的元素化学组成,但目前少有关于XRF连续扫描方法测试结果精度和准确性的研究.本文以高原封闭咸水湖泊兹格塘错湖相沉积岩芯为研究对象,利用XRF方法进行了高分辨率连续扫描,同时在岩芯不同层位选取了60个样品利用ICP-OES方法进行元素测定...     

大型浅水湖泊中浮游细菌群落的空间格局及其驱动机制——以太湖为例

浮游细菌在驱动湖泊物质循环、指示湖泊水环境质量等方面发挥重要作用,探明其在湖泊中的空间分布格局及其驱动机制,是揭示湖泊物质循环过程及水环境状况的关键。浅水湖泊具有水动力扰动强烈的生境特点,其中的浮游细菌群落空间格局的形成机制尚未明晰。本研究以大型浅水湖泊——太湖为研究对象,通过对全湖开展系统的野外调查,结合高通量测序技术、多元统计分析方法及生态学模型构建,系统探明太湖浮游细菌的空间分布格局,并揭示格局形成的驱动机制。结果显示：（1）太湖西北部湖区（藻型湖区）与东南部湖区（草型湖区）之间浮游细菌群落结构存在显著差异,而这两个区域内各湖区间及湖心区与周边湖区间之间的浮游细菌群落结构差异不显著,太湖浮游细菌群落结构整体上呈现较弱的距离衰减规律;（2）太湖草、藻型湖区及湖心区中浮游细菌群落结构分别与叶绿素a、透明度及总悬浮物显著相关,总体上环境变量对太湖浮游细菌群落空间格局的相对贡献率大于空间变量;（3）尽管确定性过程中的异质化选择、随机过程中的非主导性过程以及扩散限制对太湖浮游细菌空间格局的形成均产生重要影响,但总体上随机过程对格局形成的相对贡献更大;（4）太湖无序风场驱动的水力混合作用导致...     

城市湖泊春季绿藻水华特征及其影响因素——以宁波月湖为例

城市湖泊富营养化问题日趋严峻,以往对水华的研究多集中于大型自然淡水湖库,而对小型城市浅水湖泊的水华动态相对较少.以宁波月湖为研究对象,探讨水华暴发期间浮游植物变化特征及与影响因子之间的关系,以期判别影响城市湖泊水华的主控因子.月湖水华期间营养盐水平处于中富营养至极端富营养之间,此次共检出浮游植物8门61属,藻种组成以绿藻门（51.79%）和硅藻门（21.43%）为主,各点位浮游植物生长主要受水温、光照驱动,经历了隐藻门→硅藻门→绿藻门→蓝藻门的演替.水华种为雷氏衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）,总藻密度最高达到1.55×10⁸ cells/L,水华暴发后各点位衣藻属比例升高（最高达到81.10%）,群落结构呈现单一化特征.通过Pearson相关性分析和RDA分析发现衣藻属生长与水温、pH、总磷浓度均呈显著正相关,春季气温回升、天气持续晴好,城市浅水湖泊高营养盐负荷、水体流动性差等特点为带鞭毛的衣藻属提供了适宜的生存条件,在环境条件均适宜的情况下拥有最大生长潜力的衣藻属在营养盐、光照等竞争中生长速率明显优于其他藻种,从而发生绿藻水华.     

岩溶峡谷型水库沉积物磷形态分布及污染评价——以万峰水库为例

开展岩溶峡谷型水库沉积物磷形态分布、影响因素及污染风险研究,对区域水环境治理和水生态系统管理具有重要意义。研究选取典型岩溶峡谷型水库——万峰水库为研究对象,在分析沉积物磷形态分布特征基础上,识别沉积物磷形态空间分异影响因素并进行磷污染评价。结果表明,(1)沉积物总磷(TP)含量为79.37~438.04 mg/kg,无机磷(IP)占比为73.26%~78.84%,IP是沉积物磷的主要赋存形态。铁铝结合态无机磷(Fe/Al-Pi)含量为16.86 ~91.82 mg/kg,是IP的主要赋存形态;弱吸附态有机磷(H₂O-Po)含量为0.27~8.03 mg/kg,是有机磷(OP)的主要赋存形态。(2)残渣态磷(Res-P)、弱吸附态无机磷(H₂O-Pi)、钙结合态无机磷(Ca-Pi)、潜在活性无机磷(NaHCO₃-Pi)、Fe/Al-Pi是TP空间分异的主要影响因素。沉积物的厚度对于TP具有多重作用,与其他因素的共同作用影响显著。(3)生物有效性磷(BAP)含量为66.97~201.46 mg/kg,占TP的55.6%~59.6%;磷污染指数均值为0.53,生物有效性指数均值为0.81。表明沉积物磷污染程度整体为轻度污染,但仍存在潜在的内源磷污染上覆水体风险。建议岩溶峡谷型水库在控制外源磷输入的同时,也应加强对内源磷的管理,以降低内源磷释放污染上覆水体的风险。     

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.     

巴丹吉林沙漠盐湖跃层对地下淡水排泄的指示作用

位于阿拉善高原的巴丹吉林沙漠分布有大量盐湖.为揭示盐湖分层特征以及地下水对盐湖水体的影响,选取沙漠腹地的第二大盐湖——苏木巴润吉林,对9月份湖水的温度和电导率剖面进行了观测.结果表明,尽管所测盐湖宽深比大于90,还是存在温跃层.温跃层的矿化度(TDS)为60~160 g/L,靠近湖底的水体存在TDS低值异常区,形成化跃层,推测为地下淡水集中排泄所致.这种湖底泉在其它较浅的盐湖水体中也存在,说明深、浅层地下水对盐湖水分及盐分都有贡献.温跃层水温随深度的变化近似符合静止水体的热传导规律,并没有受到地下水排泄热量的显著影响.研究区盐湖跃层的季节性变化还有待进一步研究.     

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...     

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.     

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.     

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．     

The paleoenvironmental significance of spatial distributions of grain size in groundwater‐recharged lakes: A case study in the hinterland of the Badain Jaran Desert,northwest China

For lakes in desert hinterlands that are not recharged by river runoff, sediment input solely comes from wind transport. While the processes of sediment transport and deposition in these lakes differ significantly from those with river discharge, the spatial distribution of sediment grain size in these groundwater‐recharged lakes remains largely unknown. Moreover, whether the grain size distribution in these lake sediments can be used as a proxy in the study of past climatic change and environmental evolution studies is unclear. In this study, five lakes with a range of surface areas that had no runoff recharge were selected from the hinterland of the Badain Jaran Desert of north‐western China, and a total of 108 samples of lake surface sediments were collected to examine the spatial distribution of grain size. Moreover, an end‐member‐modeling algorithm was used to calculate end members from all grain size measurements. Our results showed that both the median and mean grain sizes in the lake sediments decreased from the nearshore to the offshore, deep‐water zone. However, the lowest median and mean grain sizes were not found in the center of the lakes, in contrast to lakes recharged by surface runoff. The median grain size of sediment in the lake center was negatively correlated with lake level, and thus could help reveal lake evolution at low resolutions. Moreover, EM1 and EM2 were interpreted as wind transported sediment, and sediment perturbed by lake waves after wind transport, respectively. The modal grain size of EM1 varied slightly between lakes, while changes in the modal grain size of EM2 were related to lake area. Given the positive relationship found between EM2 content and lake level, changes in the EM2 content (%) can serve as a rough indicator of lake level fluctuations at low temporal resolutions. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

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.