Mitigating Impact of Devils Lake Flooding on the Sheyenne River Sulfate Concentration

Devils Lake is a terminal lake located in northeast North Dakota. Because of its glacial origin and accumulated salts from evaporation, the lake has a high concentration of sulfate compared to the surrounding water bodies. From 1993 to 2011, Devils Lake water levels rose by ~10 m, which flooded surrounding communities and increased the chance of an overspill to the Sheyenne River. To control the flooding, the State of North Dakota constructed two outlets to pump the lake water to the river. However, the pumped water has raised concerns about of water quality degradation and potential flooding risk of the Sheyenne River. To investigate these perceived impacts, a Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model was developed for the Sheyenne River and it was linked to a coupled SWAT and CE‐QUAL‐W2 model that was developed for Devils Lake in a previous study. While the current outlet schedule has attempted to maintain the total river discharge within the confines of a two‐year flood (36 m³/s), our simulation from 2012 to 2018 revealed that the diversion increased the Sheyenne River sulfate concentration from an average of 125 to >750 mg/L. Furthermore, a conceptual optimization model was developed with a goal of better preserving the water quality of the Sheyenne River while effectively mitigating the flooding of Devils Lake. The optimal solution provides a “win–win” outlet management that maintains the efficiency of the outlets while reducing the Sheyenne River sulfate concentration to ≤600 mg/L.     

长江三峡柑桔的冻害和热害（二）

本文从柑桔冻害和热害的危害因子和指标等级划分的研究和选取入手,着重探讨了长江三峡地区(湖北境内)两害显著的时空变化特征、差异与关联性及对柑桔生产的影响;揭示了80年代以来冬暖春热的重大气候变化是使两害向“两极分化”的根本原因;讨论了三峡水利工程对两害时空格局的可能调整及减灾原理;最后提出了可能的对策。     

COMPARISON OF STOCHASTIC AND DETERMINISTIC DYNAMIC PROGRAMMING FOR RESERVOIR OPERATING RULE GENERATION1

ABSTRACT: Two dynamic programming models — one deterministic and one stochastic — that may be used to generate reservoir operating rules are compared. The deterministic model (DPR) consists of an algorithm that cycles through three components: a dynamic program, a regression analysis, and a simulation. In this model, the correlation between the general operating rules, defined by the regression analysis and evaluated in the simulation, and the optimal deterministic operation defined by the dynamic program is increased through an iterative process. The stochastic dynamic program (SDP) describes streamflows with a discrete lag-one Markov process. To test the usefulness of both models in generating reservoir operating rules, real-time reservoir operation simulation models are constructed for three hydrologically different sites. The rules generated by DPR and SDP are then applied in the operation simulation model and their performance is evaluated. For the test cases, the DPR generated rules are more effective in the operation of medium to very large reservoirs and the SDP generated rules are more effective for the operation of small reservoirs.     

三峡库区几种林下苔藓的保水功能

通过对三峡库区三种森林类型(松栎混交林、栓皮栎纯林、马尾松纯林)林下苔藓储量调查分析及其持水特性试验，得到不同森林类型林下苔藓储量、最大持水量、吸水速率等水文特征参数。结果表明，马尾松纯林林下苔藓储量最大(12．93t／hm^2)，松栎混交林和栓皮栎纯林林下苔藓储量相同(9．47t／hm^2)。松栎混交林林下苔藓最大持水量为5．36mm，栓皮栎纯林为5．73mm，马尾松纯林为6．26mm。研究结果还表明，三峡库区林下苔藓持水量随时间变化过程与森林类型无关。在只有苔藓覆盖情况下，不同森林类型林内不产生水分下渗和地表径流时的最大降雨量和最大降雨雨强分别为：松栎混交林林地5．36mm，5．820mm／h；马尾松纯林林地6．26mm，7．420mm／h；栓皮栎纯林林地5．73mm，6．060mm／h。     

三峡库区中低产土壤重金属含量及其与小麦吸收的关系

三峡库区中低产土壤的Hg,As,Cr,Pb,Cu五个重金属含量（除渝北区外），均在国家土壤环境质量标准内，属自然背景值一级标准。Cd和Zn高于全国土壤中的平均含量和背景值含量，属二级标准。土壤的重金属含量与土壤母质类型，pH值，阳离子交换量，有机质，无定形铁和物理性粘粒有关，同时存在一定的地域分布。重庆近郊的土壤所有重金属含量相对较高。土壤重金属的可给态或有效性含量极低，锌和铜不是过量，而是不足。小麦籽粒中As,Cr,Pb,Zn,Cu含量低于国家食品对重金属限量标准和小麦籽粒背景值标准，Hg,Cd含量高于国家规定标准。籽粒中的Cu,Zn含量是小麦茎叶中的2.0-2.2倍，而茎叶中的Hg,Pb,As,Cr,Cd含量明显高于籽粒。     

长江三峡地区坡地发育初步研究

坡地发育是地貌学研究的基本问题之一。三峡地区坡地发育的研究对三峡库岸稳定性的评估和三峡移民的土地开发具有十分重要的意义。首先从概括坡地发育的研究进展，阐述科学家们对坡地发育的不同看法入手，引出三峡地区坡地发育的特殊性。初步研究三峡地区的坡地发育具有分段式分进的特点，包括中山峰陡坡的剥蚀后退过程，山顶缓坡的风化剥蚀夷平的过程，上段斜坡的片流坡地侵蚀过程，下段陡坡的剥坡后退过程，山麓堆积缓坡的剥蚀过程等。通过分析三峡地区坡地的五种坡段的成因、现状、发展趋势以及它们对三峡库区的稳定性和三峡移民的土地开发的影响，预测未来的三峡库岸，大部分为剥蚀陡坡，部分为崩塌滑坡陡坡，三峡沿岸城镇开发建设的重点将是库岸有坡地的防护工程。     

长江口没冒沙演变过程及其对水库工程的响应

研究南槽没冒沙演变规律，可以为筑库引淡蓄水工程建设提供科学依据。根据该海区近百年来各个时期的海图和20年来的实测水文泥沙等资料以及2003、2004年的现场观测数据，探讨了没冒沙的形成及形成后的演变过程。研究表明：没冒沙的形成和发育经历了局部边滩冲刷、边滩沙嘴发育和沙脊形成3个阶段；近半个世纪来，沙体中轴位置在稳定强劲的涨落潮流作用下呈现出西北—东南走向的良好的稳定性，具有潮流脊性质。而蓄淡水库工程建设将有可能使南槽成为适应进出水沙量的新型河槽。     

北方湖库沉积物重金属区域特征及生态风险评价

以白洋淀、衡水湖、于桥水库、松花湖、大伙房水库和小兴凯湖沉积作为研究对象,通过对北方六湖库沉积物中Cu、Zn、Pb、Cr、Ni等重金属元素进行分析,并与国内外其他水域重金属污染情况进行多因素比较,探讨了六湖库主要重金属污染源的差异性,区域分布特征以及与国内外其他水域污染的相似性和区别.结果表明,六湖库沉积物重金属污染处于中等偏下水平.六湖库之间主要重金属污染源存在差别.沉积物重金属含量未出现明显上升的趋势.其中Zn、Pb存在富集现象,但Pb含量与历史数据相比出现下降,Zn的含量与其他地区相比整体偏高.大伙房水库沉积物重金属污染较重,Cu、Zn、Pb、Cr、Ni含量平均值分别为56.28,142.3,17.44,97.9,44.44mg/kg.小兴凯湖沉积物重金属含量最低,Cu、Zn、Pb、Cr、Ni含量平均值分别为2.41,63.90,13.37,56.36,26.09mg/kg.六湖库综合风险评价结果为大伙房水库>于桥水库>白洋淀>衡水湖>松花湖>小兴凯湖,重金属整体潜在生态风险指数为低.     

水源水库贫营养好氧反硝化菌群脱氮特性研究

为削减微污染水库中氮素的浓度,通过对西安市李家河水库沉积物进行定向富集驯化,筛选出以Pseudomonas菌为主、具有高效好氧反硝化特性的混合菌群-A1.摇床实验表明,贫营养好氧反硝化菌群A1在15h时硝酸盐氮去除率可达93.39%,硝酸盐氮平均去除速率为0.2073mg/（L·h）;总氮去除率为52.11%,总氮平均去除速率为0.1153mg/（L·h）,无亚硝酸盐积累.氮平衡分析表明,约45%的初始氮被去除转化为气体产物.响应面法（RSM）结果表明,C/N比9.96,温度22.67℃,pH8.01,转速91r/min,溶解氧8.55mg/L是去除总氮（TN）的最优条件.     

基于BP神经网络的三峡库区土壤侵蚀强度模拟

降雨侵蚀力变化是一复杂过程,其变化存在一定的随机波动性,土壤侵蚀是三峡库区生态环境脆弱最主要的影响因素之一,查明库区土壤侵蚀强度的演化过程及未来趋势是库区生态文明建设过程中急需解决的关键科学问题。论文基于三峡库区1990年侵蚀降雨特征,利用BP神经网络对2010年75个站点降雨侵蚀力进行模拟、验证,预测2030年75个站点降雨侵蚀力。选取2030年预测结果中位于库区周围的27个站点,结合2030年库区自然增长、生态保护情景下土地利用模拟数据,使用RUSLE计算2030年土壤侵蚀强度。结果表明：1）2010年库区降雨侵蚀力模拟相对误差为15%,测试样本数据相对误差为14.67%,预测相对误差为19.65%,NE系数为0.85,说明BP神经网络对库区降雨侵蚀力具有良好模拟效果;2）2010年库区土壤侵蚀强度的Kappa指数为0.75,计算结果能满足模拟与预测需求;3）在土地利用不变情况下,2030年库区轻度、中度侵蚀面积均有所增加,微度及强烈以上侵蚀面积均呈减少趋势,且侵蚀强度转变中的58%来源于相邻侵蚀强度,跨侵蚀等级区的较少;4）在降雨侵蚀力不变情况下,自然增长、生态保护情景下未来土地利用变化所导致的土壤侵蚀均呈下降趋势,后者下降的趋势更为明显;5）在降雨侵蚀力及土地利用均变化的情况下,自然增长、生态保护情景下土壤侵蚀均呈下降趋势。