岩溶地下河污染物运移模型对比研究

两区模型（TRM）和暂时存储模型（TSM）为两种常用的岩溶地下河（管道）污染物运移模型,为了更好表征岩溶地下河污染物运移过程,开展模型对比研究.采用两种模型拟合室内管道示踪实验穿透曲线,从概念模型框架、模型优缺点、参数校正过程和物理意义、参数敏感性等方面对比分析两种模型的异同.结果表明,OTIS软件提供TSM的数值解,而CXTFIT软件提供TRM的解析解,但两者均能通过下游不同位置的穿透曲线分段表征地下河不同阶段的污染物运移过程.两种模型的物理意义相近,均可近似描述岩溶地下河中溶质的暂时性存储现象,较好地拟合溶质运移曲线.采用TSM可校正得到暂时存储区的横截面积,但采用TRM只能获得非流动区所占的比例.两种模型中弥散系数和传质/交换系数的敏感度较低,并且弥散系数的变化对穿透曲线拖尾无显著影响.研究结果为岩溶地下河污染物运移模型的选取与应用提供了依据.     

节水灌溉措施下湘东北丘陵林-稻汇水区复合系统铅的迁移

铅通过食物链的迁移和积累对人类健康的毒害作用日益为社会所重视,而水稻是人类铅摄入的主要途径之一,因此,对稻田土壤铅的迁入途径及其过程特征的研究十分必要.为了探明湖南地区远离城镇、工矿区的丘陵稻区铅的输入、迁移、滞留机制,选择位于湘东北地域的汩罗市桃林林场的林地-山塘-稻田汇水区系统作为研究对象,在水稻大田生长期间,原位研究其大气沉降、岗地径流、山塘水、稻田水、水稻生长等过程的铅通量.结果表明：①输入系统的铅源是大气沉降,其中,在水稻生育前期通过东南季风输入的区域外源铅占90%;②山塘是大气沉降铅的主要集纳地貌单元,存留了大气沉降输入岗地和山塘总铅的66%;③林-稻汇水区系统岗地铅净留存28.8~57.7 g·hm^-2,山塘铅净留存604.3~961.9 g·hm^-2,稻田铅净留存89.6~90.9 g·hm^-2;而对照系统岗地铅净输出173.3 g·hm^-2,山塘净留存3427.6 g·hm^-2,稻田净留存87.1 g·hm^-2;④岗地和山塘对铅的截留量能够互补;⑤从岗地通过径流-山塘水过程迁移到稻田的大分子有机物能够增强稻田对铅的截留.综上所述,丘陵林-稻汇水区系统中铅的循环与大气沉降有关,系统内岗地森林类型、郁闭度、降水产流及泥沙、有机物的输出都会影响铅在系统中的迁移和分配.     

石期河流域地下水化学特征及物质来源分析

为明确典型岩溶溶丘洼(谷)地区域地下水化学特征及其成因,以石期河流域为研究对象,运用Gibbs图、Piper图、端元分析及离子比例系数等方法,对地下水水化学特征及物质来源进行了定性和定量分析.结果表明,研究区内地下水pH值介于6.06～8.07之间,Ca~(2+)、 Mg~(2+)和HCO~-_3是地下水中的主要离子,其质量浓度范围分别为2.61～108.7、 0.54～27.61和8.1～370.74mg·L~(-1),符合岩溶水高钙弱碱性特征;地下水物质成分中, Ca~(2+)和Mg~(2+)主要受到碳酸参与的灰岩和白云岩风化作用的控制, Na~+主要来源于硅酸盐岩的溶解,同时, Ca~(2+)和Na~+在地下水流动过程中进行阳离子交替吸附作用; K~+、 Cl~-和NO~-_3主要受到农业化肥施放和生活废水排放的影响.此外,大气降水作为该区域地下水的主要补给来源,对当地地下水化学特征和物质来源也有一定的影响.     

海绵城市地块汇水区颗粒污染物的传输

目前我国海绵工程建设多集中在地块汇水区单元内开展,通过多个低影响开发(LID)设施协同完成地表径流水质水量的调控,但基于地块汇水区尺度下城市面源污染的产生和控制效果鲜有报道.本研究比较分析了不同硬化率地块汇水单元内的面源颗粒污染物晴天累积、降雨冲刷、地表径流及径流输出负荷状况.结果表明,地块汇水单元内硬质路面是面源颗粒污染物贡献的最主要的下垫面类型,中硬化率(61.1%)地块和高硬化率(73.6%)地块路面街尘累积量分别约占汇水区单元的88.4%(2.22～12.51 g·m~(-2))和90.1%(4.99～33.43 g·m~(-2)),对径流SS的输出贡献比率分别约为91.7%(0.97～7.34 g·m~(-2))和90.5%(0.92～18.77 g·m~(-2)),降雨径流SS污染负荷占比分别约为95.2%和83.1%,经LID设施处理后输出径流污染负荷约为地表径流的24.0%和40.2%.硬质路面的街尘晴天累积及降雨冲刷以150μm为主,地表径流及输出径流则以50μm粒径段为主,同时地块不透水比例的增加,细粒径(105μm)颗粒物的累积及冲刷分布增大(24.4%和106.4%),而粒径50μm的颗粒物在路面径流中的分布减小(12.4%).屋面的街尘累积、冲刷及降雨径流的粒径分布状况与硬质路面大致相似,但中硬化率地块(1 000μm)和高硬化率地块(250～450μm、45μm)在3个粒径段范围的颗粒物累积和冲刷相较于路面街尘粒径分布明显增加(1 000μm:58.1%和108.5%; 250～450μm:72.9%和41.8%;45μm:59.2%和64.8%).以上结果揭示了颗粒污染物在地块汇水区尺度下的污染全过程(累积-冲刷-输出)分布及LID设施对地块整体SS污染负荷的控制效果,可为地块汇水单元内LID设施工程绩效的科学评估提供重要参考.     

云南喀斯特山区国土空间优化分区与管控

国土空间的协调发展是区域可持续发展的前提,如何优化国土空间结构并构建合理的管控模式成为亟需解决的重要问题之一。以云南喀斯特典型山区文山市为例,探讨基于“双评价”的国土空间优化方法及冲突区的修正规则,对喀斯特山区国土空间进行优化分区,并提出国土空间分区及石漠化分区的管控模式。研究发现：（1）云南喀斯特山区国土空间优化后可划分为城镇开发边界区、城镇预留区、永久基本农田区、一般农业区、生态保护红线区和一般生态区六种类型,其中,生态保护红线区面积最大,城镇开发边界区面积最小;（2）城镇开发边界区和城镇预留区主要分布于东部和东南部,永久基本农田区和一般农业区主要分布于北部和南部,一般生态区主要分布于西北部和西南部,生态保护红线区主要分布于西部、南部、东部和东北部,其中东部和东北部主要为石漠化区;（3）从各国土空间类型的发展潜力和趋势对国土空间分区提出了管控措施和模式;从轻度石漠化区、中度石漠化区以及重度石漠化区角度对城镇、农业和生态三类空间,提出了石漠化区开发和保护的路径和方法。研究结果可为云南喀斯特山区国土空间的合理发展和石漠化的治理提供决策支持,研究方法和思路为国土空间优化和管控提供参考。     

土地利用方式下土壤有机碳特征及影响因素——以后寨河喀斯特小流域为例

为研究喀斯特小流域土壤有机碳空间分布与土地利用之间的关系,基于网格法在后寨河流域挖掘了2 755个土壤剖面,并采集了22 057个土壤样品。分析了后寨河流域不同土地利用方式下土壤有机碳密度特征。结果表明：后寨河流域土壤有机碳密度主要受人为干扰、土壤厚度与岩石裸露率的制约。不同利用方式土壤有机碳密度（0~100 cm）总体上呈现以下规律：水田>旱地>经果林地>园地>草地>弃耕地>坡耕地>乔灌木林地>乔木林地>荒地>灌木林地>灌草地。后寨河流域100 cm土壤有机碳平均碳密度为8.70 kg/m²,低于中国土壤有机碳平均密度10.83 kg/m²,总有机碳储量为5.39×10⁸ kg。科学合理地进行土地利用方式调整与管理,可以增大喀斯特小流域土壤有机碳储量。     

塘库沉积的137Cs法断代测定三峡库区小流域产沙量

本文以三峡库区重庆忠县黄冲子小流域和工农沟小流域为研究区域,依据塘库修建时间(1955年)、退耕还林工程启动时间(2000年)和~(137)Cs示踪技术,确定了小流域不同时期产沙量及产沙模数,并分析比较了不同小流域的塘库沉积物~(137)Cs含量和产沙模数。研究结果表明,黄冲子小流域和工农沟小流域1955~1963年、1963~2000年、2001~2014年的产沙模数均呈下降趋势,库区小流域生态环境得到明显改善;黄冲子小流域不同时期产沙模数均大于工农沟小流域,工农沟塘库沉积物1963年~(137)Cs峰值和表层泥沙~(137)Cs浓度均小于黄冲子塘库,主要与小流域的土地利用类型以及侵蚀方式有关。在以后的研究中,应该加强库区小流域沟道侵蚀产沙量的定量估算,为长江经济带生态环境建设提供参考依据。     

黔西南喀斯特地区红色风化壳的物源及元素迁移特征

南方喀斯特地区广泛分布着大量的红色风化壳,其成因及形成机制目前还存在争议。本文以贵州黔西南布依族苗族自治州泥凼石林的两处红色风化壳剖面(ND和YK)为研究对象,来探讨风化剖面上覆红土的物源问题,并计算其主、微量元素及稀土元素的迁移规律,认为本研究两处风化壳上覆红土为下伏基岩原位风化形成的,而且两剖面土壤均继承各自基岩的地球化学特征,并由于pH、风化强度等因素的影响表现出了元素迁移特征上的差异性。     

Analysing the sensitivity behaviour of two hydrology models

Recently, the New Morris Method has been presented as an effective sensitivity analysis tool for mathematical models. The New Morris Method estimates the sensitivity of an output parameter to a given set of input parameters (first-order effects) and the extent these parameters interact with each other (second-order effects). This method requires the specification of two parameters (runs and resolution) that control the sampling of the output parameter to determine its sensitivity to various inputs. The criteria for these parameters have been set on the analysis of a well-behaved analytical function (see Cropp and Braddock, Reliab. Eng. Syst. Saf. 78:77–83, 2002), which may not be applicable to other physical models that describe complex processes. This paper will investigate the appropriateness of the criteria from (Cropp and Braddock, 2002) and hence the effectiveness of the New Morris Method to determine the sensitivity behaviour of two hydrologic models: the Soil Erosion and Deposition System and Griffith University Representation of Urban Hydrology. In the first case, this paper will separately analyse the sensitivity of an output parameter on a set of input parameters (first- and second-order effects) for each model and discuss the physical meaning of these sensitivities. This will be followed by an investigation into the sampling criteria by exploring the convergence of the sensitivity behaviour for each model as the sampling of the parameter space is increased. By comparing these trends to the convergence behaviour from Cropp and Braddock (2002), we will determine how well the New Morris Method estimates the sensitivity for each model and whether the sampling criteria are appropriate for these models. It will be shown that the New Morris Method can provide additional insight into the functioning of these models, and that, under a different metric, the sensitivity behaviour of these models does converge confirming the sampling criteria set by Cropp and Braddock.     

Test of a Modelling System for Estimating Nitrogen Leaching – A Pilot Study in a Small Agricultural Catchment

Nitrogen leaching is a world-wide concern for the quality of ground- and surfacewater. Measures to abate this is still limited by a lack of understanding mechanisms behind all factors describing the leaching process, time lags between countermeasures and improvement in waterquality and spatial distribution of nitrogen leaching. The purpose of this study was to do an initial test of the SOILNDB model system which is built on the existing mechanistic SOIL and SOILN models and an automatic parameterization procedure for use of simplified input data. The test was done by simulating nitrogen leaching from each of the 150 fields in a small catchment during a three-year study period. The simulated mean root-zone nitrogen leaching rate from all the fields in the catchment was compared to measurements of nitrogen flow in the stream draining the catchment and showed good agreement in between-year dynamics.