基于Matlab的Durov三线图的实现

水化学分类是实现水资源可持续开发利用的重要前提之一。Durov三线图作为主要的水化学分类图因绘制复杂而限制了其在现实中的应用,且一些常见的水化学软件也不具备绘制Durov三线图的功能。Durov三线图包括原始型Durov三线图及在其基础上演变而成的扩展型Durov三线图。通过介绍两种Durov三线图的差异、组成特征和投影原理,提出了在Durov三线图中建立坐标系的方法,并推导了将水化学数据投影到Durov三线图的公式。在此基础上,阐述了基于Matlab语言编程实现原始型Durov三线图和扩展型Durov三线图的方法和流程,并以公开发表的数据绘制了两种Durov三线图。基于相同的数据比较发现,相关水化学软件绘制的原始型Durov三线图及一些公开发表的研究成果中的扩展型Durov三线图与本文所用Matlab语言绘制的Durov三线图相一致,表明该程序准确可行。本程序既可以实现原始型Durov三线图的绘制,也可以实现常见水化学软件不能完成的扩展型Durov三线图的绘制。该程序的应用,将有助于Durov三线图的高效应用,特别是扩展型Durov三线图的应用不但可以作为水化学分类的依据,同时还可以指示某些水化学过程。     

新疆喀什河流域水化学时空变化特征及灌溉适应性评价

喀什河是伊犁河的三大支流之一,了解流域水质状况对于伊犁地区生态保护具有重要意义。通过分析喀什河流域水化学组成及其成因,并以此为基础对河流进行灌溉适宜性评价。通过2018年7月—2021年7月期间采集喀什河河水水样289组、泉水水样5组、井水水样30组,应用数理统计、Piper三线图、Gibbs图、离子比例关系等方法,探讨了喀什河流域水化学的时空变化特征和控制因素,并采用USSL图、Wilcox图对河水进行灌溉适宜性评价。结果表明：（1）喀什河流域各水体均呈现弱碱性,井水和泉水的溶解性总固体及电导率（EC）略大于河水,各水体水化学类型均为Ca2+-HCO3-型。（2）岩石风化是流域内各水体离子来源的主要控制因素,且各水体离子来源主要受碳酸盐岩风化作用的影响。（3）河水离子质量浓度短时间序列平缓变化表明,2018—2021年干流离子浓度因冰雪融水和降水的稀释作用强弱而变化,4—7月较低,8月—次年3月较高;空间变化上离子质量浓度随海拔的增加而降低。（4）河水的水质为优秀,可直接用作灌溉用水,但2021年的EC略有上升的趋势。研究结果可为喀什河谷水资源可持续利用、科学开发治理提供依据。     

山西浅层地下水水化学特性时空变化特征分析

水体主要元素的时空分布特征可反映水体物理、化学及生物过程,评估水体中的主要离子的浓度及时空变化特征是认识区域水体物质循环及水系统中元素分布的重要依据。通过对2015-2016年山西省不同季节的95个浅层地下水采样数据的检测与比较,综合运用描述性统计、空间插值分析图、Gibbs图和Piper三线图分析等方法,分析研究山西省浅层地下水水化学特征及其影响因素。结果表明：研究区地下水整体属于淡水,水质较好,地下水矿化度呈现显著的空间差异,其中中部、西南部矿化度较高且季节变化显著;东南部及西北部矿化度较低且季节变化不明显。地下水阴离子中HCO₃^-占主要优势,阳离子中Na⁺、Ca²⁺占主要优势,丰水期与枯水期相比,地下水主要离子中Na⁺和Cl^-增加明显,可能受地形和季节性降水的影响。水化学类型复杂多样,主要水化学类型有HCO₃^--Ca²⁺型、HCO₃^--SO^2-₄-Na⁺型、HCO₃^--SO^2-₄-Ca²⁺-Na⁺型和HCO₃^--Cl^--Na⁺型。水体离子的组分变化主要受岩石风化的影响,其中盆地地区受到一定的人为影响和蒸发浓缩影响。不同季节地下水中的离子相对含量变化显著,丰水期与枯水期相比,浅层地下水中的Na⁺和Cl^-增加明显,可能受到不同程度的土壤淋溶作用影响,研究的结果将有助于区域水资源的合理优化配置以及补充区域水化学研究数据的不足。     

地下水化学分类方法的思考

地下水化学类型不仅有助于了解天然水的成因条件,而且水化学类型的递变格局也时常成为圈化地下水系统、地表水系统,以及研究两者间水利联系的重要证据。地下水化学类型分类方式很多,以舒卡列夫分类法在地下水化学分类中应用最为广泛。舒卡列夫分类法简明易懂,可以利用表格系统整理水质分析资料。但仍存在一定缺陷,容易忽略当量百分比不足25%的次要离子和无法对比主次离子关系,新的方根据阴阳离子的不同当量百分比浓度赋不同的分值的方法,可以有效地用数字表达模式表达出阴阳离子的当量百分比浓度的大小及含量区间及相同含量区间各离子的当量百分比大小的不同。解决了原有数卡列夫分类方式表达的缺陷问题。     

伊犁喀什河流域丰水期氢氧稳定同位素及水化学特征

气温升高加速高山冰雪消融,造成伊犁喀什河的水文循环及水量平衡发生变化。关于该流域水汽来源、水体补给等问题的研究大都基于年际变化分析、氢氧稳定同位素的季节性对比,缺少针对丰水期、枯水期的特征分析,不利于系统探究丰水期及枯水期水体水化学控制因素或水体补给情况的个别差异。本文利用2018—2021年丰水期在新疆伊犁喀什河流域采集的不同水体水样,运用不同水体氢氧稳定同位素方程线比对及离子比值法,综合Piper三线图、Gibbs图等分析区域水体水化学、氢氧稳定同位素特征,探讨水体补给问题。结果表明：(1)研究区水体均呈弱碱性。地表水水化学类型为HCO₃-Ca型,地下水受石膏溶解影响,SO₄^2-含量增加,水化学类型为HCO₃-SO₄-Na-Ca型;(2)岩石风化作用是研究区地表水与地下水水化学性质的主要控制因素。地表水受到降水的轻微影响但不显著、井水受蒸发-浓缩作用影响;地表水离子主要来源是硅酸盐矿物或石膏,地下水离子主要来源为碳酸盐、石膏或硅酸盐矿物;(3)综合地表水与地下水水化学及不同...     

基于Landsat 8影像的水体指数与地表水化学特征关系——以艾比湖流域为例

湖泊对于干旱区生态与环境变化有着重要的影响,其水化学特征变化对干旱区绿洲生态环境的变化和水环境变化有着直接的作用和重大影响。以艾比湖流域典型区域为研究对象,对2014年5月野外实地采集的地表水样进行理化特征测试,测出水化学特征各种离子的含量,然后在同一时期遥感影像上提取该区域6种水体指数。利用SPSS软件对水体指数和水化学特征值进行相关性分析。结果表明:水体指数AWEI、EWI、NWI和RNDWI与水化学特征离子的相关性较小(0.2R0.34),NDWI和MNDWI除了与水体pH值的相关性较小(R=0.276)外,与其他水化学特征的相关性均较大(0.569R0.827)。对水体指数NDWI和MNDWI与水化学特征值的关系进行分析研究,并构建它们之间的关系模型。     

贡嘎山海螺沟水化学主离子特征及其控制因素

在系统采集贡嘎山海螺沟水样的基础上,综合运用描述性统计、相关性分析、Gibbs图、阴阳离子三角图和主成分分析法,对水化学主离子特征及其控制因素进行了分析。结果表明:Ca2+和HCO3-分别平均占阳、阴离子总量的78.63%和67.28%;源头区总溶解固体含量(TDS)与雨水的含量相当,全流域TDS平均值为128.36 mg/L;海螺沟流域水化学类型为Ca2+—HCO3-。在源头区,由于冰雪融水对径流量补给量较大,大气降水的输入作用对源头区水体化学离子的组成具有一定的影响。从全流域看,岩石的化学风化是海螺沟水化学主离子来源的主要控制因素,蒸发-结晶和大气降水的作用影响较小。而碳酸盐岩的风化则是海螺沟流域岩石风化的主要类型。     

利用GUI用户界面进行盐湖水化学组成的分类

针对卤水、盐泉、盐湖的测试样例,依据水化学分析手册(卤水、盐泉、盐湖化学分析)中的分类系数算法,应用MATLAB(R2010B版)设计一个GUI用户界面,对水化学进行分类。录入离子浓度或离子百分数作为各元素离子数据,通过分类系数算法,GUI显示类型,验证了841组数据。结果表明,对Classifier Coef.m中的浮点型数据的上下界进行微调,并补充分类系数K,实现了所有验证数据的分类;GUI用户界面具有计算快速、分类准确的优点。     

北疆地区的水化学组成特征及其影响因素

流域尺度上的水化学组成特征和来源会受到何种因素的影响和限制,是研究区乃至全球环境变化的焦点问题,需要综合考虑不同地表要素和环境下的天然水体来揭示其答案。本文选择北疆地区的三大水系（伊犁水系、准噶尔水系、额尔齐斯水系）开展水化学组成研究,以期认识中亚造山带中部干旱环境下典型水系的水化学组成特征、成因及其影响因素。本研究利用已采集的北疆三大水系天然水样品及其水化学组成分析数据,同时系统收集了北疆及其周边地区文献资料,并与其他中纬度地区和国际典型气候带地区进行了综合对比。综合数据分析结果表明,北疆水系的河流溶解性固体总浓度（TDS值）普遍高于中国季风区和湿润地区河流,也高于世界平均水平;水体的主要阴阳离子分别以Ca²⁺和HCO₃^-占主导地位;主量离子间相对浓度与中国东部季风区河流类似,也与世界大部分以碳酸盐岩风化为主导的河流相似。岩石风化作用在水化学成因上对北疆大部分地区都占据主导地位;进一步定量的结果发现,不同来源对天然水溶质贡献量大小的顺序为：蒸发岩溶解>碳酸盐岩风化>硅酸盐岩风化>大气降水,证明了蒸发岩溶解和碳酸盐岩风化的主导地位。对比硅酸盐岩风化与碳酸盐岩风化,北疆水系的中低地形区硅酸盐岩影响更大,海拔较高的山地地区则碳酸盐岩影响更大。区域降水、水热组合、径流、岩性等因素都对水化学过程产生重要的影响,但与温度的关系不明显,与流域物理侵蚀过程及其季节变化等的关系尚不明确,需要开展进一步的研究工作。     

鄂尔多斯沙区天然水体水化学组成及其成因

天然水体水化学组成及其成因分析既有助于重塑和预测区域水文地质环境及水文地球化学发展历史,也是水资源评价的基础。本文基于鄂尔多斯沙区天然水体水化学数据和前人在该地区的研究成果,利用多种水化学分析方法,对该地区天然水体的水化学组成及其成因进行分析。结果表明：鄂尔多斯沙区毛乌素沙地和库布齐沙漠虽然具有不同的沙漠景观,但其相同类型的天然水体具有相似的水化学性质和成因,该现象的出现可能和两者具有相似的蒸发量有关。鄂尔多斯沙区受蒸发影响较小的深层地下水水化学类型以Ca²⁺-HCO₃^-型为主,其水化学组成主要受控于岩石风化;湖水蒸发较强烈,水化学类型为Na⁺-Cl^-型,其水化学组成主要受控于蒸发—结晶过程的影响;浅层地下水和河水的水化学类型及其成因均处于两者之间,具有过渡特征。离子比例关系显示,蒸发岩风化、碳酸盐岩风化和硅酸盐岩风化在不同程度上影响着深层地下水、浅层地下水和河水的水化学组成。鄂尔多斯沙区地下水和河水虽然能满足灌溉水要求,但由于蒸发强烈,长期使用可能会引起盐碱化。本研究结果可为区域水资源可持续开发利用提供科学依据。     

基于生态足迹分析的资源型城市可持续发展研究——以甘肃省白银市为例

生态足迹作为一种定量度测区域可持续发展程度有效的生物物理方法,在国内外得到了广泛的应用.通过应用该方法对我国有色金属基地白银市2003年的生态足迹进行了计算和分析,认为白银市人均生态赤字达1.341 28 hm2,超出生态承载力的186%,处于不可持续发展状态,已对生态系统平衡构成威胁;生态足迹的需求空间以化石燃料用地为主,其需求空间占全部需求空间的65.5%,是生态足迹总供给面积的1.52倍.通过生态度足迹的分析,有利于探讨资源型城市可持续发展相关问题,最后提出白银市实现可持续发展的战略对策.     

华南地区漓江上游3种典型森林不同层次土壤湿度比较研究（英文）

不同森林植被改变了林下穿透雨、树干径流、蒸发散和地表入渗,进而对林下不同层次土壤湿度产生重要影响。以华南地区漓江上游3种典型森林,包括毛竹林(Phyllostachyspubescens)、荷木林(Schimasuperba)和杉木林(Cunninghamia lanceolata)为研究对象,比较其不同层次土壤湿度及其影响因素。结果表明:(1)毛竹林、荷木林和杉木林3种典型植被林下凋落物层和土壤层存在明显差异,荷木林林下土壤入渗强于毛竹林和杉木林;(2)由于森林植被垂直结构差异,从0–20cm表层土壤到50–80 cm深层土壤,3种典型植被不同层次土壤湿度存在较大的时空差异;(3)荷木林各层次土壤湿度都明显高于毛竹林和杉木林;(4)各层次土壤含水量与年降雨关系密切,随雨旱两季变化,毛竹林、荷木林和杉木林不同层次土壤湿度随降雨变化趋势基本一致;(5)在0–20 cm表层土壤,土壤湿度主要受地表凋落物性质的影响,而在深层土壤,土壤湿度主要受植物根系分布和土壤物理性质的影响。本研究为深入了解漓江上游森林植被对降水产流的调节作用,客观评估漓江上游水资源和科学管理水源涵养林提供理论依据。     

全球季风区的定义与变化及其影响因素

从全球尺度对季风进行研究,以标准化风场季节变率(δ)和季风降水指数(MPI)这2种主要的全球季风定义方法为基础,计算出1964—2013年全球季风区平均分布,讨论了这2种结果的差异,并根据2种定义计算了全球季风指数和季风区面积时间序列,分析季风强度和季风面积的变化及相互关系。同时利用Ni■o-3.4 SST(Sea Surface Temperature)指数、南方涛动指数、太阳黑子指数以及海冰数据,使用相关分析、场分析等方法,初步探讨全球季风变化的影响因素。结果表明:(1)标准化风场季节变率定义下的季风区包含了全球大部分的季风区,主要有热带季风区、副热带季风区和温寒带季风区。季风降水定义的季风区基本覆盖了典型季风区,主要分布在热带和副热带地区;(2)在全球尺度上,季风强度和季风面积具有显著年际变化特征,且在1978—2013年间,全球季风强度呈减弱趋势,全球季风面积趋势则相反;(3)全球季风强度变化与Ni■o-3.4 SST指数和太阳黑子指数以及喀拉海、巴伦支海海域的海冰密集程度存在正向变化关系,与格陵兰海、楚科奇海海域的海冰密集程度呈负向变化关系。     

红层盆地岩性差异对丹霞地貌发育的控制

陆相红层盆地的岩性在横向上和纵向上都有比较明显的变化,导致发育的丹霞地貌形态迥异。本文以赣东北信江盆地、粤北丹霞盆地、陕北地区为例,采用对比分析、数值模拟等研究手段,总结了红层盆地中常见的岩石及地貌类型,提出岩性在丹霞地貌坡面演化过程中的关键作用。在信江盆地中,龙虎山、龟峰等挺拔高耸的山峰主要发育在盆地南缘的河口组厚层砾岩中,而盆地中部贵溪、弋阳地区的近圆形山丘则产在塘边组大型交错层理风成砂岩中;与其类似,丹霞山的赤壁陡崖主要发育在丹霞组厚层砾岩夹风成砂岩中;相反,陕北地区波浪状地貌主要发育在洛河组风成砂岩中。利用河道-山坡综合地形演化(CHILD)地貌模拟软件,假设在同样的构造抬升和河流侵蚀作用下,分别模拟了细砂岩、细砾岩、中砾岩构成的山体坡面的演化过程。模拟结果显示,细砂岩山体易形成较为平缓的坡面,中砾岩易形成陡峻崖壁和巷谷,而介于二者之间的细砾岩则形成较为明显的沟壑系统。CHILD模拟结果与实地观测一致。因此,红层岩性差异在丹霞地貌演化过程中扮演了重要的角色,也是未来地貌定量模拟研究中需要考虑的关键因素。     

荒漠生态质量科学框架:概念、指标、监测及评估（英文）

荒漠生态系统是地球上最大的陆地生态系统,全球四分之一的人口生活在这一区域。清晰地定义荒漠生态系统生态质量,制定反映生态质量优劣的关键监测指标,集成"星–空–地"一体化监测技术、构建综合评价模型可为干旱区生态质量监测、促进区域可持续发展提供技术支撑。荒漠生态质量是指一定时空范围内荒漠生态系统要素、结构和功能的综合特征。该研究通过集成卫星、无人机和地面传感器网络的"星–空–地"一体化监测技术,在区域和站点两个尺度上对荒漠生态系统的生态要素、生物多样性和生态功能进行连续监测,通过标准化生态质量指标数值、厘定其阈值范围,构造判断矩阵建立生态质量综合评价模型,评价荒漠生态系统质量状况。本论文阐明了构建荒漠生态质量动态综合监测技术规范与评价方法的概念框架,为实现我国荒漠生态系统生态质量综合监测、科学诊断和定量评估提供理论基础。     

青海高原干旱时空分异特征及发生风险研究

青海省干旱灾害具有发生频繁、影响范围大、持续时间长的特点,严重影响本省农牧业生产,对其发生、分布及出现风险进行研究,成果对降低农业生产风险、水利工程布局建设有很好的参考作用。本文通过修正Penman公式中辐射计算模型,定义青海省干燥度干旱指标,将干旱划分为重旱、中旱、轻旱、无旱四级,对青海省1960—2010年的干旱年际变化趋势及空间分布特征进行分析。构造月干旱发生风险指数,以5月份为例对青海省月干旱发生风险进行了评估。主要结论如下:(1)1961—2010年,青海省年干旱程度以重旱与中旱为主,50年来重旱次数呈现极显著减少趋势;无旱次数呈显著的增加趋势;轻旱与中旱次数无明显变化趋势。冬季干旱以重旱为主;春季重旱减弱,轻旱增加;夏季重旱显著减少,无旱次数显著增加;秋季重旱趋稳。(2)柴达木盆地为重旱高发区;青海省东南部久治、河南、班玛等地为无旱或轻旱主要影响区;祁连山区、东部农业区及青南称多、玉树等地受轻、中旱影响较大。(3)5月份,重旱在三江源的东南部、祁连山区、环青海湖区、东部农业区出现可能性低;中旱高风险区位于柴达木的大柴旦、德令哈、乌兰、都兰及小唐古拉山、治多区域;轻旱高风险区域包括天峻、祁连、环湖区域大部分、东部农业区大部分地区及三江源的杂多、玉树、兴海等地。     

山区城市地下空间资源评价与开发利用模式——以延安市为例

山区城市受地形地貌条件的限制,面临建设用地不足、交通拥挤、人口密集的压力,地表空间严重短缺。然而,特殊的地形地貌与地质环境条件却有利于地下空间的开发利用。地下空间将成为山区城市发展中的一种宝贵资源。本文以黄土高原丘陵沟壑区的延安市为例,基于地形、岩土、水文地质和地质灾害等地质环境条件,并考虑文物保护区及城市功能设施、空间需求及经济因素,评估了延安市区376.68 km^2地下空间天然资源量、可开发资源量,对河谷以下50 m及川道两侧1 km内的地下空间资源适宜性进行了定性评估。结果表明,延安市地下空间资源丰富;地下空间天然资源量、可开发资源量约为188.35、174.48亿方;地下0^-10 m,-10^-30 m,-30^-50 m适宜开发的地下空间资源量分别为23.25、11.52、1.44亿方,较适宜开发的分别为4.18、62.44、71.65亿方,沿川道两侧适宜开发的侧向山体空间资源量为12.29亿方,较适宜开发的资源量为81.50亿方;延安市围岩类别自Ⅱ-Ⅵ级,其中Ⅱ-Ⅳ级围岩工程性质良好,有利于地下空间开发。本文提出了"垂向地下+侧向山体"地下空间组合开发的理念,同时提出了延安市地面建设和地下空间协同开发方案,这将成为延安乃至其他山区城市发展的一种新模式。     

四川省北川湔江流向演化过程研究

前人对北川湔江袭夺湾位置的争议引发了对古湔江流向演化模式的争议。通过对断裂构造的水系响应方式的研究并辅以河流地貌证据,表明湔江的流向演化经历了银屏口分水岭迁移的主动袭夺过程和新构造运动造成湔江改道的被动袭夺过程,都坝河与通口河近似直角的交汇端应为袭夺湾的准确位置。具体来说,沿断裂发育的古都坝河在曲山镇附近首先注入古湔江,通口河溯源侵蚀切穿银屏口分水岭,古都坝河上游河段被通口河袭夺后改道注入通口河,古都坝河下游河段成为断头河。随后,因构造隆升而南流受阻的古湔江在曲山镇附近改道,水流沿已成断头河的古都坝河下段河道注入通口河。计算表明,北川湔江由古流向向现代流向转变的时期大致为距今 970ka的早更新世晚期。