陆面蒸散的双源遥感模型及其在华北平原的应用

建立了一个计算陆面蒸散的双源遥感模型,利用多光谱和热红外遥感数据估算地表土壤缺水状况,并计算蒸散通量。本模型利用2000-2002年的13期Landsat TM和ETM+遥感数据计算了栾城地区1 000 km2范围的蒸散通量。通过与地面同步微气象观测值的对比,显示利用笔者建立的双源蒸散模型和简化的植被指数-地表温度梯形法确定土壤水分状况,在华北平原能够获得比较满意的计算结果。     

华北山区坡地土壤水分动态实验研究

在北京市怀柔区汤河口镇东台沟坡地径流实验小区上进行人工模拟降雨实验，探索降雨过程中体积土壤含水量和土壤水基质势的动态变化。结果表明：在降雨强度和前期土壤含水量较为稳定以及蒸发微弱等条件下，不同场次降雨过程中土壤水分动态变化时间与降雨强度之间呈现明显的幂函数关系；同一场次降雨过程中，坡地内不同部位不同土壤层次的土壤水分动态变化时间与土壤层次和土层部位相联系。降雨过程中体积土壤含水量和土壤水基质势的动态变化可划分为5个阶段。得出的坡地土壤水特征曲线表明了坡地砂质土壤在含水量较大时土壤吸力较小、含水量减小时土壤吸力迅速增大的水力特性。     

大型水源地开采地下水导致的盐分迁移和污染

以河南省新乡市为例,通过分析地下水渗流、水化学和同位素的时空特征,对大型水源地长期开采地下水所导致的溶质迁移进行了研究。研究表明,大型水源地长期集中开采地下水,形成了较大面积和较深的地下水位降落漏斗,改变了地下水自北部山前冲洪积斜地向南部的冲积平原渗流的运动格局,地下水中盐分和污染物随着地下水渗流而迁移,北部污染严重的地下水和南部微咸水都向漏斗区运移。因此,双向迁移的结果,使得水源地附近水质变差,污染程度加重。     

基于环境同位素技术的怀沙河流域地表水和地下水转化关系研究

地表水和地下水是流域水循环的重要组成部分, 流域内地表水和地下水之间的相互作用历来是流域水循环研究的关键环节. 环境同位素和水化学作为水循环研究中的示踪剂, 可以有效地揭示流域内地表水和地下水之间的转化关系. 在对位于北京市怀柔区的怀沙河流域进行现场调查并对泉水、河水和井水采样进行氢氧稳定同位素和水化学组成测定的基础上, 分析了流域内沿河道不同部位的泉水、河水和井水的氢氧稳定同位素和水化学组成的空间分布规律和演化趋势. 依据泉水出露的高程和氧同位素含量之间的关系, 揭示出泉水的氧同位素高程效应, 为推断泉水的补给来源提供了理论依据; 运用氯离子质量平衡方法, 估计了流域内年平均地下水补给率. 根据地下水补给来源, 联系流域内水文地质状况和现场调查结果, 以及对比怀沙河流域和密云水库以上的潮白河流域20世纪60~90年代同期降雨径流系数, 初步推断出流域内相当一部分地下水来源于流域之外高程较高的区域, 流域为非封闭流域. 在综合分析的基础上, 结合氢氧稳定同位素和水化学组成及流域内地形地质和水系特征, 分析了流域内不同部位地表径流和地下径流对河川径流的相对贡献, 并揭示了地表水和地下水之间的补给-排泄相互转化关系.     

华北石质山区坡地产流模型

坡地是流域的基本产流单元。对坡地产流模型的研究,可为研究流域的水文过程奠定基础。本文在认识坡地产流规律的基础上,经过对人工模拟降雨试验中取得的产流各个环节(降雨、出流及土壤含水量变化)的数据的分析,建立了一个具有物理机制的简单的坡面产流模型。其中,使用Horton模型模拟入渗和地表产流过程,用水箱模型模拟壤中流过程。模型能够同时对降雨过程中的地表、地下出流和土壤含水量变化过程进行模拟。计算得到的产流总量的误差较小,但在变化过程线上存在一些差异。这些差异主要是由模型对实际情况的简化和假定、数学模拟的局限性、变雨强降雨过程的复杂性等因素引起的。这种分层组合的坡面产流模型对华北石质山区的上层超渗、下层蓄满的产流特征是可行的。本文所做的工作是对华北石质山区分布式水文模型的产流模块的初步尝试。     

城镇化流域降水径流氢氧同位素特征及洪水径流分割

为研究人类活动影响下河流降水径流响应特征,以珠江三角洲典型城镇化流域石马河为研究对象,采集2017年1-12月日降水、河水样品和3场台风期间的时段降水、洪水样品,通过测定其氢氧稳定同位素组成（δD、δ ¹⁸O）,分析流域降水、径流氢氧同位素组成特征,并利用同位素二元混合模型,分割3场台风降水事件中事前水及事件水对流量过程的贡献。结果表明,研究区域大气降水δD、δ ¹⁸O的变化范围分别为-105.10‰~+9.98‰和-14.80‰~-0.55‰,年加权平均值为-57.88‰和-8.61‰,大气降水线为δD = 7.70δ ¹⁸O+8.61（R ²= 0.98）;河水δD、δ ¹⁸O的变化范围分别为-91.23‰~-15.96‰和-12.66‰~-4.01‰,δD-δ ¹⁸O基本落在局地大气降水线上,表明降水是石马河径流的主要来源。3场台风期间,事件水占洪水总径流量的比例分别为59.7%、55.0%和69.4%,均高于事前水占比。洪水涨水初期事前水和事件水同步增长,涨水后期事件水比例逐渐增大,洪峰期间比例大于80%,成为径流主导成分,表明流域城镇化过程中下垫面不透水面积的增加会显著改变水文循环过程。本研究成果可为珠江三角洲城镇化流域水文预报提供理论基础。     

白洋淀渗漏对周边地下水的影响

为查明受污染的白洋淀地表水渗漏范围,对周边地下水主要离子水化学的影响,并评价地下水是否适用于灌溉,在该区域现场测定了地表水及地下水pH、EC(Electric Conductivity)和ORP(Oxidation-Reduction Potential)等参数,采样分析各水体D、¹⁸O和主要离子组成,结合判别分析和钠吸附比R_SA(Sodium Adsorption Ratio)讨论。结果表明,淀水渗漏使浅层地下水电导率升高,氧化还原电位值降低,且更加富集重同位素;唐河污水库周边浅层地下水SO₄^2-和Na⁺含量明显增大。浅层地下水的δ¹⁸O值结合水位埋深有效地标记了淀水渗漏影响地下水的范围。浅层地下水主要受到白洋淀渗漏的影响,唐河污水库附近的浅层地下水受污水库渗漏影响。污染地表水渗漏使得浅层地下水水质普遍下降,白洋淀西部和唐河污水库周边浅层地下水不适宜用于灌溉。     

太行山低山区泉水涌流规律试验研究

通过系统监测，对冀南太行山区泉水流量的日变化和季节变化进行了试验研究，建立了泉水流量典型日变化模型，研究发现，泉水流量与土壤热通量密切负相关，均为以24小时为周期的正弦曲线，二最大相关系数达到0.93，土壤热通量在相位上提前3个小时左右。泉水流量的季节性增加主要由降水补给。     

华北平原典型农田水、热与CO2通量的测定

在中国科学院栾城农业生态试验站用波文比-能量平衡法与涡度相关技术对净辐射通量（Rn)，潜热通量（λE），感热通量（H），土壤热通量（G）与冠层CO2通量（Fco2)进行了长期定位研究，结果显示Rn大部分用于作物潜热的消耗，连续2年4个生长季λE/Rn都在70%以上，在作物生育盛期，夏玉米λE/Rn略高于冬小麦，H/Rn都在15%左右，G/Rn在5%-13%之间，且冬小麦G/Rn明显高于夏玉米。蒸发比值（EF）在不同的理想环境条件下，随着可供能量（Rn-G)的增加表现出先迅速下降，后缓慢下降，最后趋于稳定的趋势，并在冬小麦环境条件下得到了验证，直角双曲线模型可以模拟Fco2随光通量密度（PPFD）的响应过程。晴天冠层水分利用效率（WUE）不是在正午出现最高值，当PPFD达到1500μmolm^-2s^-1左右时，WUE却略有下降。     

城市地下水硝酸盐污染及其成因分析——以珠海香洲区为例

为判断华南地区典型城市地下水硝酸盐污染源,采集珠海市香洲城区及周边地区地下水样,并测定NO3-、NH4+、NO2-、PO43-、1δ5N-NO3-以及EC、pH值等。结果显示:在城市区地下水大多数样品中,NO3-是主要的无机氮形态。近40%的水样超过世界卫生组织饮用水标准(NO3--N≤10mg/l),部分井水有NO2-检出,整体污染较为严重。地下水硝酸盐1δ5N落在6.879‰~26.144‰范围内,而生活污水及化粪池泄漏是地下水NO3--N主要污染源。反硝化作用可能是导致雨季地下水1δ5N值升高的重要因素。另外,稀释、混合等作用可能是导致地下水NO3-浓度季节变化复杂的原因。