模拟降雨径流作用下红壤坡面侵蚀水动力学机制

土壤侵蚀过程受控于侵蚀外营力和土壤抗侵蚀性能,深入理解坡面流水动力学特性及其侵蚀动力是研究土壤侵蚀动力学机制的基础。利用可变坡土槽,通过不同雨强(60、90和120 mm/h)和径流冲刷(10、15和20 L/min)组合模拟试验,研究了第四纪黏土红壤坡面水流的水动力学特征参数及其与土壤侵蚀量间的关系。结果显示:降雨和径流冲刷影响了坡面产流产沙过程和坡面流水力学特性,其中平均流速v、平均水深h、雷诺数Re和水流功率ω均随降雨强度和上方来水流量的增加而增大,相对水深曼宁糙率n/h则减小,其水力学他参数(弗如德数Fr、阻力系数f和水流剪切力τ)变化规律不明显。坡面水流平均速度取值范围为0.21~0.45 m/s,平均水深取值范围为5.6~9.4 mm,在试验条件下红壤坡面侵蚀水流流态大部分均处于"紊流-急流区"。不论从径流角度看或是从泥沙角度分析,由相对水深和曼宁糙率系数两种水动力因子共同组成的复合水动力特征参数-相对水深曼宁糙率,是表征不同上方来水流量和降雨强度条件下第四纪粘土红壤坡面侵蚀特征的水动力参数。     

优势菌种对餐厨垃圾高温好氧消化的促进

为研究优势菌种对餐厨垃圾高温好氧消化(TAD)的促进作用,本研究通过淀粉水解、油脂降解及明胶液化等生化实验,从餐厨垃圾中筛选出若干对其主要成分具有显著降解效果的优势菌种。通过对样品水溶性TOC(TOCw)、水溶性凯氏氮(KNw)、水溶性C/N(KNw)、pH以及含水率等指标的分析,考察优势菌种对餐厨TAD的促进作用。研究表明,优势菌种制剂最优添加量为1%。在此剂量下,好氧消化60 h,TOCw由8.53%降低为2.49%,C/Nw由18.71降低至6.14,以上指标说明加入优势菌种可加速TAD反应。添加量1%样本的水溶性凯氏氮和pH在反应48 h后开始回升,而未添加生物制剂的样本相关参数回升时间需96 h以上,由此推断优势菌种对TAD的促进机制是加快了蛋白质等大分子有机物的降解速度。     

TRMM 3B42卫星降水数据在赣江流域径流模拟中的应用

以赣江流域为研究区,基于观测降水和TRMM准实时数据(3B42RTV6、3B42RTV7)和分析数据(3B42V6、3B42V7),驱动VIC水文模型,开展卫星降水产品在赣江流域的水文模拟,评估TRMM降水产品在水文模拟中的应用能力。结果表明:(1)在赣江流域,3B42V7估算的降水与实测降水的对比结果最好,3B42RTV6的估算精度最低,3B42RTV7较3B42RTV6在赣江流域的降水估算精度提升非常明显;(2)在径流模拟方面,3B42V6和3B42V7在日尺度上尽管对洪峰的模拟有所偏差,但模拟结果仍能反映径流变化特征,在月尺度上模拟结果精度较高,纳什系数均在0.9以上,并且二者在4、5月的径流模拟结果较好,7、8月的模拟结果较差,而3B42RTV6对径流的模拟能力较差,日径流量和月径流量均呈现明显低估,3B42RTV7对径流的模拟结果比3B42RTV6有明显改善,可以满足实时水文预报的需求。     

Low-impact development for impervious surface connectivity mitigation: assessment of directly connected impervious areas (DCIAs)

Urbanization increases directly connected impervious area (DCIA), the impervious area that is hydraulically connected to downstream drainage by closed pipelines. Although the benefits of low-impact development (LID) have been examined in other studies, its effect on alleviating DCIA levels has seldom been assessed. This study measured the DCIA of urban watersheds in Houston, TX, USA. Five land-use types were categorized and the contribution of LID facilities to reducing DCIA in each type was estimated by using Sutherland's equations. The results showed (1) DCIA in commercial areas was greater than that in residential areas, especially for big-box retailers; (2) the percentage of DCIA reduction by LID varied by land-use type; and (3) optimal combinations of LID application could maximize the effectiveness of DCIA reduction. The results contribute to prioritizing land-use type for implementing LID practices and providing local governments with a useful measure to estimate runoff volume.     

坡岸截留强化处理设施在不同运行条件下对农业面源污染物去除效果

对坡岸截留强化处理设施在不同温度、不同雨强、不同降雨间隔条件下处理农业面源污染进行中试试验研究.结果表明,水温从20℃下降至4.3℃,COD、TN、NH+4-N、TP去除率下降了15.58%、48.93%、42.26%、57.75%;降雨强度由0.65mm·min-1增加1倍至1.30 mm·min-1,COD的平均去除率低了15.19%,TN、NH+4-N的去除效率相当,TP的去除效率提高了11.21%,但COD、TN、NH+4-N、TP单位面积去除的总量却提高了26.27%、68.3%、32.6%、104.2%;降雨间隔从2 d增加到4 d时对COD去除的影响不大,但使NH+4-N、TN的处理效率提高19.31%、13.95%,对TP的单位面积去除量提高71.43%,但去除总量有限.     

罕见冬季降雨中人工增雨微物理过程分析研究

用Micaps实时资料、CPAS卫星反演分析资料、NCEP再分析资料、ECMWF再分析资料,多普勒雷达PUP产品资料,对2015年12月1日夜间至2日凌晨沈阳地区罕见冬季降雨过程,进行了天气学分析、及大气微物理人工增雨作业条件分析,并结合沈阳地区人工增雨作业指标,得出本次降雨过程在厄尔尼诺正在发生的背景下,为常见的高空槽转东北冷涡型,水汽、动力等微物理作业条件也适合于开展人工增雨作业,并给出了相应的作业指导参数,为沈阳地区今后在冬季降雨天气过程中开展人工增雨作业积累了宝贵经验.     

酸雨区不同用地类型土壤有效态Cd含量季节变化及关键影响因子

探明污染土壤重金属有效态含量的季节变化特征及其敏感影响因子,对农业生产过程中减低重金属生态风险具有重要的参考价值.研究于湘江中下游典型Cd超标农业小流域中选取稻田、旱作蔬菜地、丘陵林地这3类主要用地类型,分析不同用地类型Cd活性的季节变化特征及其与土壤基本理化参数的关联.为期1 a的原位监测结果显示,研究区为典型酸雨区,雨水p H值呈现冬、春季节低于夏、秋季.稻田土壤总Cd含量显著高于旱作蔬菜地,菜地显著高于林地,3种用地类型土壤总Cd含量季节特征相似,均为夏秋季节略低于冬春两季.3种用地类型Cd有效态季节变化与总Cd含量无明显的相关性,稻田土壤有效态Cd含量在5~9月的作物生长季明显低于其他月份,而菜地和林地则恰好相反.稻田土壤Cd有效性的最关键影响因子为Eh,呈显著正相关,与土壤p H负相关,菜地土壤与土壤TOC明显负相关,而林地土壤Cd有效性与水溶性有机碳、TOC呈现明显的正相关关系.研究可为Cd超标土壤污染阻控与农业安全生产提供一定的数据参考.     

黄土丘陵区坡面水蚀对降雨和下垫面微观格局的响应

黄土高原严重的土壤侵蚀是降雨和复杂脆弱的下垫面共同作用的结果.以微型小区尺度上(1.2 m×1.2 m;2 m×1.2m)模拟降雨技术为基本研究手段,定量刻画了降雨量和降雨强度等基本降雨特征值对定西安家沟自然坡面上荒草、沙棘中位、沙棘下位、沙棘上位、结皮裸地和裸地等不同植株微观格局及其处理下的水蚀过程的影响.主要取得以下结果:①雨强和雨量对水蚀的发生均能产生显著影响,但以雨强的影响力更大;②前期土壤含水量与产流时间显著负相关,而与径流量和侵蚀量显著正相关.前期含水量相同时,不同植株微景观格局对产流时间发挥了关键作用;③不同植株及其微观格局遏制地表径流的能力迥异.在50～60 mm.h-1的大雨强作用下,有沙棘覆盖的小区径流系数仅为5%～8%,荒草地为25%,结皮裸地为45%,而裸地则高达63%;④有沙棘覆盖的小区中,沙棘在小区中所处的具体位置对于水土流失效应又极为重要,以沙棘下位的水土保持效果最好.     

沂蒙山区典型小流域降雨径流的磷素输出特征

以沂蒙山区孟良崮小流域为研究对象,通过监测2010年自然降雨条件下流域出口污染物的流失状况,选取降雨量>2mm的10场降雨,分析降雨径流特征对磷素流失的影响.结果表明,次降雨径流中总磷(TP)、颗粒态全磷(PP)、水溶性全磷(DP)、水溶性无机磷(DIP)浓度变化与流量变化过程不一致,浓度峰值均出现于流量峰值之前,而磷素通量与流量变化过程较为一致,且两者呈较好的线性关系;次降雨径流TP、PP、DP、DIP的浓度最大值及平均浓度(EMCs)差异均较大,其主要受降雨量、最大雨强和平均雨强影响,与降雨历时无显著相关关系,而浓度最小值差异较小;TP以PP流失为主,DP以DIP流失为主,DIP/DP的动态变化与降雨历时、降雨量、最大雨强和平均雨强均无显著相关关系,而PP/TP的动态变化与最大雨强显著相关.DIP、DP、TP的输出受地表径流(DR)和基流(BF)的影响较大,DIP/DP的动态变化及DIP、DP、TP的EMCs与DR/TR(地表径流/总径流量)存在多项式关系,而PP/TP的动态变化和PP的EMCs受DR/TR影响较小.     

湘中矿区不同用地类型面源Cd输出负荷的原位实验研究

受污染土壤重金属随降雨径流输出已成为河流、湖泊等水体重金属超标的主要来源之一,近年来日益受到关注.研究表明湘江中下游农田土壤重金属超标问题日益严峻,以镉超标最为严重.研究以湘中矿区Cd超标农业小流域为实验场,选取流域内水稻、旱田、荒草地这3类土地利用模式设置径流小区进行自然降雨水文过程的原位观测.结果表明,雨水pH值由春季到夏季呈升高趋势,径流水相溶解态Cd浓度呈明显的季节性差异,春季显著高于夏季,雨水pH值可显著影响土壤溶解态Cd向径流水相迁移,与径流水相溶解态Cd浓度呈负相关关系.相同降雨条件下,稻田径流水相溶解态Cd浓度显著低于旱田和荒草地,旱田与荒草地Cd面源输出负荷显著高于水稻田,由于降雨量差异,3类土地利用类型溶解态Cd面源输出负荷的季节性规律不明显.本研究可为流域尺度重金属面源输出负荷定量估算以及湘江流域水环境安全与水质预警提供数据支持和科学依据.