江汉平原农村饮水安全工程建设的困境与出路

鱼米之乡饮水难 江汉平原位于长江中游、湖北省中南部,是我国南方四大平原之一.江汉平原地势平坦、交通便利、城镇密布、经济比较发达,而且该平原江河交织、湖泊众多,长江和汉水流经该区域,形成500多个大小湖泊,其中面积大于100平方公里的有洪湖、长湖、斧头湖和西凉湖.     

三峡水库对长江江汉平原河段水文过程及临江地下水动态的影响

基于1965—2015年长江江汉平原河段4个水文站实测水文资料,利用Mann-Kendall趋势检验法、突变检验法、小波分析法和数值模拟法,系统分析了三峡水库对长江江汉平原河段水文过程及临江地下水动态的影响。结果表明:1965—2015年宜昌站、监利站、螺山站和汉口站径流量均呈下降趋势,三峡水库运行前后4个水文站点径流量变化分别为-9.1%、-4.3%、-7.6%和-6.1%;4个水文站点径流的突变特征均与三峡水库工程建设和不同蓄水调度模式有关;长江江汉平原河段年径流量在时域中存在多层次的时间尺度结构,变化周期以11~13a和24~27a最为显著;在7~8a尺度下径流小波系数变化过程曲线显示,三峡水库运行是长江江汉平原河段径流振荡变化的主导因素;长江与临江地下水的补排关系取决于三峡水库的调度模式,水库调控改变了汛期和枯水期水位,使临江地下水排泄方式从以向长江排泄和蒸发排泄为主转变为以向附近河流侧向排泄、越流排泄和蒸发排泄为主。     

基于面积-高程积分的地下水动态分析——以泾惠渠灌区为例

为了研究泾惠渠灌区的地下水动态特征,探讨面积-高程积分在地下水动态分析中的可行性,利用ArcGIS空间分析工具计算了灌区地下水面积-高程积分数据,绘制了不同时期的地下水面积-高程积分曲线,分析了灌区地下水水位与储存量动态特征。结果显示:1978?—?2012年,泾惠渠灌区地下水面积-高程积分值为0.46、0.44、0.38、0.39,表明地下水水位与储存量整体呈下降趋势;1991?—?2012年,410.00?—?446.19 m水位区间面积由1978年的2.54下降为0,342.51?—?360.00 m水位区间面积多年持续增加,中等水位区间存在演化差异性,反映出不同时期地下水开发强度具有空间变异性;以1978年为基准,至2012年地下水储存量减少约7.08×10~8 m~3;降水、地表水引水量、人工开采是影响泾惠渠灌区地下水动态的重要因素,补排失衡是引起灌区地下水储存量下降的主要原因。研究表明:面积-高程积分曲线可以表征地下水水位空间结构特征和储存量的变化情况,利用面积-高程积分值能够近似估算地下水储存量变化量,证明了面积-高程积分在地下水动态研究中具有一定的实用性。     

中国小三江平原大规模农业开发土地利用变化对湿地的影响

小三江平原(SSP)位于黑龙江省东北部,曾经是中国最大的湿地分布区域.作为无数水禽、鱼类和植物的家园,小三江平原在全球生物多样性保护中具有重要意义.50多年的农业开发活动导致的湿地丧失和破碎化对湿地群落和生物多样性造成巨大影响.利用GIS对该区1950～2000年土地利用变化研究表明,73.6%的湿地丧失.土地利用变化的后果包括:①随着自然湿地丧失和破碎化以及生态系统退化,水禽和植物物种呈快速下降趋势;②多年土地利用变化导致了湿地水位的巨大变化;③排灌渠系和防洪堤的建设干扰了洪泛平原的动态变化;④日益减少的洪泛平原面积导致洪峰流量和径流的增加.本文重点研究上述这些变化如何对湿地生物多样性和重要湿地物种产生影响.     

海南岛北部剥蚀平原区浅层地下水水化学特征的形成与演化

海南岛北部剥蚀平原区浅层地下水是区域内重要的供水来源,同时作为区域地下水重要的补给区和径流区,对整个琼北地区地下水水化学特征的形成与演化具有重要意义。以龙门地区浅层地下水为研究对象,结合水文地质条件并应用多元统计、水化学和同位素地球化学分析方法,对影响该地区浅层地下水水化学特征的主要控制因素和演化过程进行了分析。结果表明:该地区浅层地下水水化学特征的形成与演化受大气降水补给、局部蒸发浓缩作用的影响强烈,地下水水化学组成主要受到大气降水溶滤作用的控制,以硅酸盐矿物溶解为主,并伴生蒸发盐及碳酸岩矿物溶解;60%以上的地下水样品受到不同程度的硝酸盐污染,化学肥料的使用是其主要来源;地下水环境变化促进地下水介质中硫化物矿物氧化,加速了地下水中硅酸盐矿物的溶解和阳离子交换过程的发生。该研究结果可为该地区地下水资源的可持续开发利用和区域地下水环境演化认识提供重要依据。     

城镇化进程中新疆塔城盆地浅层地下水化学演变特征及成因

随着经济的发展,新疆塔城盆地地下水开采量持续增大,然而研究区水文地质研究基础薄弱,盆地地下水化学演化趋势及其成因不明,这使得未来的地下水开发利用存在较大风险.本文在对盆地内地下水进行系统采样分析的基础上,基于5种水化学图对地下水化学组分进行异常识别,并对比历史水化学数据,对盆地地下水化学演变进行了深入分析.结果表明:研究区地下水阳离子以Ca~(2+)和Na~+为主,阴离子以HCO~-_3和SO_4~(2-)为主,盆地广泛分布溶解性总固体小于1.0 g·L~(-1)的淡水.从山前淋溶迁移带到地下水径流缓慢的平原区,地下水化学类型由HCO_3-Ca和HCO_3·SO_4-Ca·Mg型过渡到SO_4·HCO_3-Na·Ca型.对比1979年水化学数据,城镇化进程中,由于地下水的过量开采,水位埋深下降,原来的部分排泄区变为径流区,水循环交替加快,致使研究区HCO_3型和SO_4·HCO_3型水分布面明显增加,以硫酸根和氯离子为主的高TDS水化学类型分布面积明显减少.然而在城镇周边人口密集区地下水中水氯离子和硝酸根离子明显升高,地下水TDS和总硬度呈上升趋势,地下水盐化和硬化明显.研究区地下水化学演变主要受潜水流经的含水层介质及地下水流场变化影响,另外排污沟渠污水下渗是影响地下水水质的另一个主要因素.     

基于稳健回归-去趋势波动分析法的山前平原地下水转换关系研究

以大别山-云应盆地北部山前平原为研究区,以区内浅层含水层中地下水为研究对象,在查明研究区双层含水层结构条件的基础上,利用降雨量和地下水水位动态数据,采用稳健回归-去趋势波动分析(r-DFA)方法,对降雨和地下水水位动态的全局标度指数α进行量化,分析研究区各类型含水层中地下水之间的转换关系。结果表明:研究区地下水水位波动为分形布朗运动,且分形行为具有场地特异性;QbW风化裂隙水受到侧向径流的影响,含水层渗透性差,地下水水位标度指数最大;在双层含水层中,垂向上从上到下地下水水位标度指数增大,指明Qh~(al)和Qp■孔隙水均可转化为Ey孔隙-裂隙水;沿澴水东侧径流方向上,地下水水位标度指数增大,指明QbW风化裂隙水可转换为Qp■孔隙水和Ey孔隙-裂隙水,Qp■孔隙水也可转化为(排泄至)Qh~(al)孔隙水。该研究结果可为山前平原区地下水资源的合理开发利用和科学管理提供依据。     

喀斯特坡地地表径流系数监测初报

通过对喀斯特坡地6种不同土地利用条件下径流小区的地表径流和植被穿透雨量以及地下水出口水位变化进行野外定点连续观测研究,结果表明,6个径流小区地表径流系数均非常小,介于0.01%~12.81%。显然,喀斯特坡地的地表径流易于入渗转化为地下径流。受人为活动影响较大的径流小区,地表径流系数随降雨量的变化呈指数函数型变化特征,容易产生地表径流系数的突变式增长。     

桂林市峰林平原区岩溶水文地球化学特征

峰林平原区往往作为岩溶地下水系统的主要径流、排泄地段且人类活动密集,其水文地球化学特征具有一定的独特性.对典型峰林平原区岩溶水文地球化学特征进行合理分析,不仅能够反应峰林平原区在丰水期的补给模式,而且也能够反应出人类活动对岩溶盆地中水化学组分的影响.通过对桂林市典型峰林平原区的补给区、内排泄区、补给径流区、排泄区岩溶地下水主要出露点和漓江上下游在丰水期与枯水期的野外取样、现场测试,对各化学指标进行空间和时间上的对比分析,结果表明:桂林市峰林平原区水文地球化学性质在丰水期与枯水期均呈现出明显的空间分布规律,且含水层介质岩性对地下水主要离子组分具有强烈的控制作用;丰水期的岩溶水文地球化学信息反应了在峰林平原区内排泄与补给径流区的补给模式以快速流为主,第四系土壤孔隙水垂向补给次之;桂林市峰林平原区人类活动对岩溶水化学性质具有一定的影响,主要为生活污染与农业污染,其重点防护区为内排泄区与补给径流区.     

三江平原典型区地下水铁的动态变化

为揭示地下水铁的时间变异规律和影响机制,对三江平原典型区不同深度的地下水水位和铁开展了动态监测,分析了总铁含量和形态的季节变化特征及其与地下水位波动的关系。结果表明:地下水为中性偏弱酸、强还原性环境,铁在浅层和中层富集。地下水铁的动态变化和水位关系密切,随着地下水位的上升、下降,总铁含量和Fe2+质量浓度也随之增加或降低。浅层地下水对水位变化响应迅速,中层地下水存在滞后。地下水位的季节波动导致含水层氧化还原条件改变,影响了水岩体系中铁的迁移和转化。     

基于对应分析法的吉林西部地下水化学特征时空演化研究

运用对应分析方法,分析了吉林西部地下水化学特征随时间、空间的变化.对研究区进行了分区,分别确定了各区的主要影响因子,并分析了各区的主要因子随时间的变化趋势.最后,结合吉林西部的水文地质条件与人类活动,分析了地下水化学成分的来源及成因.结果显示,吉林西部地下水按照其水质特征可分为3个区:Ⅰ区,位于山前平原的通榆北部、长岭南部等地及盐碱区,阴离子主要为HCO-3,总碱度大,动态变化平稳;Ⅱ区,位于西部山前平原与中部低平原区间过渡带的洮南中部、通榆东北部等地,Ca2+、Mg2+含量高,硬度大,NO-3-N含量较高,且有增大趋势;Ⅲ区,位于低平原区的乾安、前郭、大安地区,主要为高矿化度水,阴离子主要为SO2-4、Cl-,阳离子为Na+,矿化度有增大趋势.上述分析结果符合当地实际.研究表明,地下水化学特征时空演化研究可为地下水污染的防治、生态环境的改善提供重要依据.     

人类活动影响下石家庄市浅层地下水环境的演化

在系统分析、整理研究区20多年来地下水水位和水质资料的基础上,研究了人类强烈活动影响下的地下水水位、水质的时空演化规律;分析了石家庄市在人类活动影响下的地下水环境演化规律;认为日益增强的人类活动是影响城市地下水资源短缺和水质恶化的重要因素,并提出缓解建议。     

降水与农业种植变化对黄河流域径流影响研究

黄河是我国西北、华北地区重要水源,了解其径流变化特征及成因有着重要意义。论文基于趋势性分析、广义可加模型（GAMLSS）等方法,采用黄河流域近60 a来流量、降水、主要农业种植面积及大型水库资料等数据,通过细化农业小麦生长期与玉米和大豆生长期以及假定不同降水情景,在季节尺度上深入分析了1960—2005年黄河流域气候、农业种植面积等变化对径流的影响。研究结果表明：1）黄河流域5个水文站点小麦生长期与玉米和大豆生长期径流变异点均发生于20世纪80年代中后期和90年代初期,且除花园口站小麦生长期间径流有少部分呈上升趋势外,黄河流域径流整体呈下降趋势,其中,唐乃亥、兰州的小麦生长期、玉米和大豆生长期及龙门、花园口的玉米和大豆生长期趋势均达到了0.05的显著性水平,呈显著下降趋势;2）对比两种降水假设状态,暴雨年的径流始终高于小雨年的径流,因此,降水仍是影响径流的主要因子之一,而农业种植面积变化对径流的影响程度,不仅与降水量的多少有关,还与流量分位数的大小有关,对于唐乃亥站小麦生长期的暴雨年时期,增加农作物种植面积,在低流量分位数时可以增加径流,而在高于0.75分位数时会减小径流,小雨年时期规律相反。该研究结果对变化环境下黄河流域水资源管理与优化配置具有一定理论与现实意义。     

多塘湿地对降雨径流的截留特点

为考察降雨过程对径流发生的影响及其对多塘湿地进出水水质、水量的影响,基于2017年8月25日和9月6日两次降雨过程中湿地进出水水质水量长时间的变化特征,探究降雨过程中湿地水质水量变化及污染物净化特征. 结果表明:①多塘湿地进水量峰值出现的时间滞后于降雨雨强峰值及累计雨量峰值. 降雨雨强对湿地进水量影响不显著,而累计雨量影响径流的产生量,进而影响湿地进水量,造成湿地水力负荷急剧上升,最高达2.45 m3/(m2·d). 降雨过程中多塘湿地水位上升,水深加深,有效容积增大,水力停留时间延长. ②进水水质变化随降雨过程无显著规律,但进水污染物负荷量始终大于非降雨期,说明降雨期间径流污染仅采用污染物浓度洪峰控制是不充分的,特别是雨季降雨频繁的地区,应重视污染负荷对多塘湿地净化效能的影响. ③降雨期间多塘湿地对径流污染有良好的截留作用,TN、TP去除率分别为33.6%~88.7%和25.2%~78.0%. 研究显示,进水水力负荷的增加增强了湿地的扰动,导致部分单元污染物出口浓度高于进水,但由于调蓄塘-表流湿地-塘-生态浮床-稳定塘耦合工艺的梯级单元有助于湿地系统对污染物消纳截留,增强了湿地对降雨径流的截留稳定性.      

浙江三门湾湿地遥感时间序列演变分析

海湾湿地演变的时空特征分析,对明晰海湾资源环境基底、了解综合开发潜力,促进湾区可持续发展具有重要意义。以浙江三门湾湿地为研究区,利用1984—2019年Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像数据,基于湿地地物光谱指数时间序列变化特征,对三门湾湿地信息进行提取并分析了其动态变化。结果表明：1984年以来三门湾湿地面积变化显著,主要位于宁海县南部、三门县东北部以及象山县西南部地区;从海湾面积变化趋势看,1984—2002年呈波动下降趋势,2003—2009年呈加速下降趋势,2010—2019年则呈平稳发展趋势。围填海等人类活动导致海湾形态变化显著,海岸带管理政策的供给过程变化成为海湾湿地演变的重要因素之一。研究可为后围填海时代湾区建设与海湾可持续发展提供决策支持。     

鄱阳湖典型湿地地下水—河湖水转化关系

选取鄱阳湖典型洪泛湿地为研究对象,分析了2018年4~10月降水、湖水、河水和湿地地下水的氢氧同位素变化特征,利用δ¹⁸O~δD关系确定了不同水文时期湿地各类水体的转化关系,并结合同位素端元混合模型估算了不同水源对湿地地下水的贡献分量.结果表明,研究区降雨δ¹⁸O和δD值在6~7月份偏小,其余月份较高,存在明显季节变化和雨量效应.河水、湖水同位素与降水同位素的季节变化规律基本一致,但受蒸发分馏影响,重同位素更为富集,且变化幅度远小于降水同位素.湿地地下水同位素的季节变化较小,δ¹⁸O、δD均值（-5.26‰,-31.1‰）高于大气降水（-6.32‰,-40.1‰）、低于湖水（-3.60‰,-26.4‰）,与河水同位素（-5.09‰,-34.4‰）较为接近,表明湿地地下水受降水、湖水和河水的共同影响.涨水期（4~5月）河水的补给源为降雨和流域内地下径流,湖水主要受河水和降水共同补给,湿地地下水主要受前期降水和河水补给的滞后影响,河水的贡献比重更大.丰水期（6~8月）地下水主要接受湖水和河水共同补给,湖水的补给贡献比例超过50%,退水期（9~10月）湿地地下水向河道和湖泊等地表水体排泄.     

武汉城市圈湿地受损程度识别及驱动因素分析

基于1995-2015年的5期土地利用数据和连续时间序列的水体数据集,探究武汉城市圈湿地受损程度及其对应的水体变化特征,并使用Logistic模型进一步揭示湿地受损的驱动机制。结果表明：（1）1995-2015年,武汉城市圈湿地面积呈先增加后减少的趋势,其面积减少了665.15 km²。湿地受损区域大多分布在武汉市、黄陂县、仙桃市等,主要是由建设用地、旱地侵占湿地引起的;湿地恢复区域大多分布在仙桃市、武汉市,主要表现为由水田向功能湿地转变。（2）20年来,湿地的变化与其水体的退化或增长变化特征相似,即湿地受损区的水体面积减少,湿地恢复区的水体面积增加。（3）Logistic回归表明,建设用地、降雨、GDP是影响湿地受损风险的主要因子,其中人类活动是湿地受损的主要因素。     

黄河源区湿地萎缩驱动力的定量辨识

利用1990年、2000年和2004年黄河源区湿地卫星遥感监测解译资料和1962年以来玛多气象站气象资料,分析了该地区湿地和气候变化特征,定量判别了造成湿地减少的人为因素和气候因素的贡献率,揭示了气候因子与湿地减少之间的关联性。研究表明：1990年以来黄河源区湿地动态变化特征呈现出河流、湖泊、沼泽湿地面积的萎缩和湖泊斑块数的减少,以及河流、湖泊、沼泽湿地向滩涂湿地转化的退化特征;1962～2004年间黄河源区气候变化存在较为明显的阶段性变化和季节变化的差异,特别是1990年以来呈现出气温升高、降水量微弱减少和蒸发量增大的干旱化趋势;人类活动对湿地退化的贡献率要大于气候变化的贡献率,人类活动的不断加剧对湿地退化起到了主导作用;不同类型的湿地面积变化与自然因子的关联序尽管不尽一致,但近15年来黄河源区气候干旱化对于湿地的退化产生了显著的影响;各类湿地面积随气温的升高、降水量的减少、蒸发量的增大、土壤冻结日数的减少和径流量的减少而萎缩,沼泽对气候变化的响应最为显著,而蒸发量对湿地面积的退化有着更为显著的作用。     

江汉平原汉江带地下水水化学特征分析

为研究江汉平原汉江带地下水水化学特征,调查并采集了区内浅层(深度0～20 m)、中层(深度20～80 m)、深层(深度80 m)地下水样品共552个以及地表水样品61个,通过对该地区不同层位地下水样品进行水化学组分测试,并运用Piper三线图、数理统计、相关性分析等方法揭示了江汉平原汉江带不同层位地下水水化学特征及其空间分布规律。结果表明:江汉平原汉江带地表水和地下水的水化学类型以HCO_3-Ca(Mg)型为主;地下水的pH值范围为6.9～8.2,TDS含量范围为117.5～1 644 mg/L,且垂向分层现象明显,表现为浅层地下水中层地下水深层地下水;该地区浅-中层地下水中Cl~-、SO_4~(2-)、NO~-_3质量浓度存在空间差异性;中层地下水赋存环境显示丘陵地区基本属于氧化环境,而平原区为还原环境;依据饮用水水质标准,区内劣质地下水中Fe、Mn、As含量超标率较高;沙洋县以北平原区中层地下水中F含量偏高,超标数占比高达96.5%;研究区地下水水质主要受农业灌溉、生活污水排放和天然地质条件的影响,但沿地下水径流方向,地下水水质逐渐变好。     

土地利用对埋藏型岩溶区岩溶水质的影响——以涪陵丛林岩溶槽谷区为例

岩溶水文系统的开放性和脆弱性,使其很容易受到人类不合理活动的深刻影响,造成水质的持续恶化。对比研究埋藏型岩溶垄脊槽谷区岩溶水质变化与土地利用的关系可以看出,研究区水质20年来的变化以及水质的空间变异与土地利用有很大的相关性;其中集约化的农业耕作、炸石填土增加土地面积、利用落水洞排放污水和独特的微型稻田水位控制设施对岩溶地下水水质产生显著影响;这也表明人类活动已经对该区水文地球化学产生了区域性的重大影响。面对区域岩溶水质恶化的趋势,通过土地整理,保护岩溶水质是迫切需要关注的工作。