采矿对山西水资源破坏过程的同位素示踪研究

综合应用水文地质勘察、同位素示踪、水化学信号等研究方法,揭示采矿活动对山西水资源的破坏过程机理.结果表明:山西矿区矿坑水为Na-Ca-SO4型水,δ18O和δD为-9.34×10-3~-9.78×10-3,-66.14×10-3~-68.91×10-3,矿区矿坑水、孔隙水、河水和浅层岩溶水聚集,存在显著的补给排泄关系,矿坑水主要由浅层岩溶水、孔隙裂隙水和河水混合补给形成.采矿活动对浅层岩溶水、孔隙裂隙水以及河水的破坏甚为严重,而对深层岩溶水与水库水影响甚微,以上示踪得出结论与实际情况及物探结论基本吻合,研究可为类似矿区水资源安全利用等提供参考.     

氯化四(4-磺酸钠苯基)卟啉铁(Ⅲ)催化过氧化氢氧化降解2,4,6-三氯苯酚的动力学研究

用紫外-可见分光光度法研究了水溶性金属卟啉Fe(TPPS)Cl催化H2O2氧化降解2,4,6-三氯苯酚(TCP)的动力学(TPPS为四(4-磺酸钠苯基)卟啉),探讨了反应体系酸度、H2O2/Fe(TPPS)Cl物质的量之比、温度对氧化降解速率的影响,提出了反应机理,建立了反应动力学数学模型.研究结果表明,TCP初始浓度为3.8×10-4 mol.L-1、Fe(TPPS)Cl浓度为4.0×10-5 mol.L-1、H2O2浓度为1.8×10-3mol.L-1、温度为25℃、pH值为6.8、反应时间为90 min时,TCP的降解率可达到99%,其表观活化能为10.96 kJ.mol-1.因此,Fe(TPPS)Cl作为模拟过氧化物酶在催化降解TCP过程中是一种有效的催化剂.     

中空纤维膜辅助离子液体液相微萃取-高效液相色谱法测定环境水体中的水杨酸

分别以l-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸离子液体([C8MIM][PF6])和三辛基氧化膦(TOPO)作为萃取剂与辅助萃取剂,建立了中空纤维膜辅助的两相液液微萃取-高效液相色谱测定环境水体中水杨酸(Salicylicacid,SA)的新方法.通过对中空纤维膜种类、萃取剂、供体相体积、供体相pH、离子强度和萃取时间相关参数进行优化,获得了较高的富集倍数(1653倍).方法的检出限为0.1μg.L-1,线性范围为0.5—1000μg.L-1.方法对实际样品的加标回收率为89.6%—102.4%,可应用于环境水体中痕量SA的测定.     

微咸水膜下滴灌对白僵土盐碱地水盐特性及油葵生长的影响

为了解滴灌条件下不同微咸水矿化度及覆膜与否对盐碱地土壤水盐特性及油葵生长的影响,在宁夏平罗西大滩盐碱地进行不同灌水矿化度(0.2、1、2、3 g/L)膜下滴灌田间试验.结果表明,地膜覆盖比不覆盖处理土壤含水量高约2%,盐分表聚减缓,油葵株高、产量及其构成均高于不覆膜处理,产量最高增幅达82.5%;不同矿化度微咸水之间比较发现,利用矿化度为1 g/L的微咸水进行灌溉时,下层土壤含水量较高,微咸水滴灌不但没有为上层土壤带去过多盐分,反而由于土壤有一定的渗透性能,灌水将土壤上层盐分逐渐淋洗至下层.膜下滴灌微咸水矿化度为1 g/L时,油葵产量最大.因此在适宜条件、合理措施下,微咸水覆膜滴灌技术可以促进作物生长,确保作物产量,在淡水缺乏而微咸水较为丰富的盐碱地地区应积极推广利用.     

太湖湖滨带林草复合带草本植物枯落物量的变化特征

为减少湖滨带林带枯落物的产生,有效降低N、P随降水径流进入湖泊水体的风险,采用人工草坪替代林下杂草的方式,建立林草复合带.以5种草坪草为研究对象,设立3种种植密度,采用定位定期采集的方法,研究草坪建植后草本植物枯落物的变化以及不同种植密度对枯落物量的影响.结果表明:①间距15 cm高密度种植易导致草坪枯落物的产生,以白三叶和红花酢浆草较突出;草坪种植后林下草本植物枯落物量大幅度减少,平均枯落物量减少66%～95%.②草坪枯落物量随生长时间变化无明显规律,7—11月植物生长期间,白三叶草坪10月枯落物量最高;麦冬草坪、红花酢浆草草坪以及与其混种的其他草坪枯落物量最高时期均出现于8月.③白三叶高、低密度种植单种草坪产生的枯落物量大于与红花酢浆草混种草坪,而中密度种植则相反,单种草坪小于混种草坪.      

水文变异条件下潦河生态流量计算研究

气候变化和高强度人类活动改变了流域的自然水文循环过程,导致水文序列出现变异,严重影响了流域水文生态系统的稳定性.目前,基于水文变异条件下的河道内生态流量计算已成为当前变化环境下生态水文学研究的热点问题之一.以江西鄱阳湖西北部的潦河为例,采用水文时间序列变异检验方法分析径流变异性及成因,应用水文模型对水文变异后的径流进行还原,以Kolmogorov-Smirnov（K-S）、Anderson Darling（A-D）和概率点据相关系数（PPCC）3种检验法确定月径流的最优概率分布函数,进而提出水文变异条件下最适宜的潦河生态流量计算方法.结果表明:①潦河万家埠站径流在1972年发生水文变异,突变点后流域年径流增加了12%,降水量的增加和蒸发量的减少是其主要驱动要素.②采用分布式时变增益模型（DTVGM）对径流进行还原,率定期和验证期的相关系数和Nash-Sutchliffe效率系数均大于0.78,径流模拟值和实测值拟合程度较高,表明基于DTVGM进行径流还原是可行的.③基于还原后的径流,对5种概率分布函数进行拟合优度综合检验,确定逐月最优分布函数,并估算月河道生态流量.与Tennant法、最枯月平均流量法、7Q10法等方法比较,基于最优分布函数的生态流量结果更具确定性与合理性.在气候变化和人类活动引起径流变异的背景下,考虑水文变异的河道内生态需水计算方法能够更科学地体现水文变异对生态需水过程的影响,研究结果可为潦河流域水生态保护和水资源管理提供数据支撑,也可为变化环境下水资源规划和配置提供科学依据.      

防控高温煤岩裂隙的膏体泡沫研制及应用

煤岩裂隙漏风导致的煤自燃火灾严重危害矿井安全生产,在现有防治煤炭自燃材料的基础上,以聚丙烯酰胺（A）、复合表面活性剂（B）、混合粉体（C）为原材料研制了一种防控高温煤岩裂隙的膏体泡沫。采用正交试验法以保水率、发泡倍数、阻化率为指标优选出了最佳的膏体泡沫配方为A4B4C4:A为70 g/L,B为19.5 g/L,C为270 g/L。对膏体泡沫进行了微观形态表征,并从泡孔尺寸大小及分布、液膜颗粒分布、液膜载体吸水等方面对膏体泡沫的保水、吸热和受热稳定机制进行了分析。最后以南方某煤矿复采工作面煤自燃发火为例,分析和判定了302工作面火区分布,采用钻孔压注膏体对火区高温煤岩裂隙进行控制,3d后工作面1-5#钻孔、三石门密闭处CO浓度从520 ppm,465 ppm,523 ppm,305 ppm,289 ppm,750 ppm下降到22 ppm,18 ppm,23 ppm,14 ppm,14 ppm,36 ppm。     

热力管加热桥面抗冰融冰试验研究

为了研究热力管加热桥面抗冰融冰对于公路交通安全的影响,制作了尺寸为600 mm×600 mm×380 mm的桥梁试件,在人工环境室对热力管融冰进行了模型试验。结果表明:试件上表面温升速率和融冰时间取决于热力管间距、隔热层、风速、环境温度和热力管外表面温度。在相同工况条件下,100 mm间距的热力管融冰能力要大于150 mm间距的热力管,无隔热层时,100 mm间距热力管向上传递的热量占总加热量的13.4%,融冰时间为211 min;150 mm间距热力管向上传递的热量占总加热量的18.3%,融冰时间为271 min。在热力管层下面铺设厚度为2 mm、导热系数为0.062 W/（m· K）的隔热材料后,100 mm间距热力管向上传递的热量占总加热量的46.9%,融冰时间为175 min;150 mm间距热力管向上传递的热量占总加热量的51.9%,融冰时间为161 min。热力管层铺设隔热材料可有效阻止热量向下传递,从而缩短融冰时间。     

武汉集中式饮用水源地土壤重金属的时空分布特征及生态风险评价

研究了武汉市19个集中式饮用水源地土壤重金属Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn的时空分布特征,采用单因子污染指数和综合污染指数分析重金属污染程度,利用潜在生态风险指数评价重金属生态风险,通过相关性和聚类分析重金属的来源.结果表明,武汉市中心城区水源地土壤重金属的含量普遍高于远城区,同时长江干流附近的水源地土壤重金属含量普遍高于长江支流.Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn的单项潜在生态风险指数平均值均小于40,属于轻微风险程度.Cd的单项潜在生态风险指数平均值在80~160范围内,属于强度风险程度.武汉集中式饮用水源地土壤重金属的综合潜在生态风险指数平均值为142.12,属于轻微风险水平.相关性分析表明,武汉集中式水源地土壤重金属Cu、Pb和Cr来源相似,均与交通有关;Ni、As、Cr和Cu来源相似,均与冶金生产有关;Zn、Hg和Cr来源相似,均与防腐和催化化工有关.武汉白沙洲水厂和堤角水厂周边土壤长期定点监测表明,2017年后武汉集中式水源地土壤各种重金属含量均呈现显著下降趋势,其生态风险在未来将进一步降低.     

不同类型生态浮床对富营养河水脱氮效果及微生物菌群的影响

通过设施大棚内容积为1.5 m3的人工模拟池试验,研究了框式与传统旱伞草浮床对富营养河水氮素转化及微生物菌群的影响. 传统浮床是以聚乙烯泡沫板为载体,栽植陆生植物来削减水体氮磷和有机物质等,从而达到净化水质的效果. 框式浮床是以塑料镂空支架为载体,除种植陆生植物外还添加填料等组件的新型浮床. 结果表明:①2种浮床对水体中TN,NH₄+-N和NO₃--N均有显著的去除效果,其中框式浮床和传统浮床的NH₄+-N去除率分别高达91%和86%,TN去除率也分别达到74%和64%,NO₃--N去除率分别为49%和31%. ②2种浮床系统有效地提高了水体中微生物和氮循环细菌总数和种群数量,尤其是框式浮床不同时期均比空白对照高出2～3个数量级. ③氮循环细菌的数量跟水体氮素去除有显著相关性. 其中水体ρ(NH₄+-N)和氨化菌数量呈显著正相关,ρ(NH₄+-N)和硝化菌数量呈极显著负相关,ρ(NO₃--N),ρ(TN)和反硝化菌数量之间呈极显著负相关. ④框式浮床的独特结构使之比传统浮床的去氮能力更强. 其中,填料系统吸附贡献率为8%,植物吸收的去氮贡献为16.5%,微生物系统脱氮则为75.5%;而传统浮床植物系统吸收贡献率为31.8%,微生物系统脱氮贡献率为68.2%. 说明浮床系统中植物吸收只是系统去氮的一种途径,微生物脱氮在2种浮床脱氮途径中占主导作用.