Large-scale modeling of reactive solute transport in fracture zones of granitic bedrocks

Final disposal of high-level radioactive waste in deep repositories located in fractured granite formations is being considered by several countries. The assessment of the safety of such repositories requires using numerical models of groundwater flow, solute transport and chemical processes. These models are being developed from data and knowledge gained from in situ experiments such as the Redox Zone Experiment carried out at the underground laboratory of Äspö in Sweden. This experiment aimed at evaluating the effects of the construction of the access tunnel on the hydrogeological and hydrochemical conditions of a fracture zone intersected by the tunnel. Most chemical species showed dilution trends except for bicarbonate and sulphate which unexpectedly increased with time. Molinero and Samper [Molinero, J. and Samper, J. Groundwater flow and solute transport in fracture zones: an improved model for a large-scale field experiment at Äspö (Sweden). J. Hydraul. Res., 42, Extra Issue, 157–172] presented a two-dimensional water flow and solute transport finite element model which reproduced measured drawdowns and dilution curves of conservative species. Here we extend their model by using a reactive transport which accounts for aqueous complexation, acid–base, redox processes, dissolution–precipitation of calcite, quartz, hematite and pyrite, and cation exchange between Na⁺ and Ca²⁺. The model provides field-scale estimates of cation exchange capacity of the fracture zone and redox potential of groundwater recharge. It serves also to identify the mineral phases controlling the solubility of iron. In addition, the model is useful to test the relevance of several geochemical processes. Model results rule out calcite dissolution as the process causing the increase in bicarbonate concentration and reject the following possible sources of sulphate: (1) pyrite dissolution, (2) leaching of alkaline sulphate-rich waters from a nearby rock landfill and (3) dissolution of iron monosulphides contained in Baltic seafloor sediments. Based on these results, microbially mediated processes are postulated as the most likely hypothesis to explain the measured increase of dissolved bicarbonates and sulphates after tunnel construction.     

构筑根孔湿地中金属元素的来源、分布及其累积效应

石臼漾湿地是我国最大的饮用水源处理湿地,成为微污染水源水质改善的典范案例,已运行超过4年,主要运用人工湿地生态根孔技术、多级塘/植物床-沟壕系统协同净化技术来净化微污染水源.为了探明多级塘/植物床-沟壕系统对源水中常规金属K、Na、Ca、Mg、Al、Fe与重金属Cd、Cr、Cu、Ni、Zn、Pb的累积效应,研究了嘉兴石臼漾湿地岸边带与植物床-沟壕系统中沉积物/土壤的金属分布与累积量.结果表明,沉积物中的金属(Mg除外)均发生了富集和累积(富集系数EF∈(1.5,10.5)1.5).湿地内重金属潜在生态风险指数(RI∈(24.7,128.9)150)基本处于轻微风险水平,其最高值出现在湿地前端约1/8处的预处理塘(RI=174.94150).总体而言,重金属风险指数随水力流程而逐步降低.在湿地前端的预处理河道、预处理塘内,重金属沉积通量(23.97~157.72 mg·m-2·d-1)较高,而植物床-沟壕系统的沉积通量((38.80±16.17)mg·m-2·d-1)相对较低.占湿地面积11.35%的预处理河道、预处理塘中沉积的重金属高达9941.65 kg,占全湿地沉积量的37.90%,是重金属沉积的关键区域.而占湿地面积57.23%的植物床-沟壕系统中截留的重金属高达10601.89 kg,占全湿地沉积量的40.41%,是重金属去除的重点区域.湿地对重金属的主要持留机制是沉积作用,在湿地中单位平均沉积通量高达32.19 mg·m-2·d-1.据估算石臼漾湿地可沉积重金属6558.40 kg·a-1,植物吸收重金属约13.16 kg·a-1.本研究证明,多级塘/植物床-沟壕系统协同净化机制能够有效持留微污染水源中的金属特别是重金属,从而有效降低石臼漾湿地净化后源水的潜在生态风险.     

水环境条件对三峡库区消落带狗牙根氮磷养分淹水浸泡释放的影响

三峡库区消落带会经历周期性的淹水-出露循环过程,消落带在出露期大量植物生长,淹水期植物体淹没腐解并释放氮磷养分,可能加剧三峡水库水环境压力.狗牙根[Cynodon dactylon(Linn.)Pers.]是三峡库区分布最广泛的优势植物之一.针对三峡水库水环境条件(温度、p H和光照)变化对狗牙根淹水条件下矿化分解及养分释放过程的影响进行了研究.结果表明,狗牙根淹水后,植物残体矿化分解,干重下降,全氮和全磷含量减少.狗牙根浸泡200 d后,25℃和15℃时总氮(TN)释放量分别为(2.66±0.29)g·kg~(-1)和(3.76±0.04)g·kg~(-1),总磷(TP)释放量分别为(0.79±0.03)g·kg~(-1)和(1.40±0.02)g·kg~(-1);上覆水p H为5.0、7.0、9.0时,TN释放量分别为(3.76±0.08)、(2.66±0.29)、(2.55±0.12)g·kg~(-1),TP的释放量分别为(1.53±0.04)、(0.79±0.03)、(1.70±0.07)g·kg~(-1);避光时上覆水TN和TP的释放量为(3.87±0.14)g·kg~(-1)和(1.78±0.08)g·kg~(-1).氮的释放以颗粒态氮(PN)为主,占80%以上,而颗粒态磷(PP)占比在50%左右.随三峡水环境条件变化,如温度降低,狗牙根的氮磷浸泡释放量增大;而酸、碱性水体较中性条件有利于氮磷释放;避光时狗牙根的氮磷释放得到促进.研究结果表明三峡水库冬季蓄水或污水排放导致的水环境变化将进一步促进消落带植物淹水分解及养分释放,从而可能加剧三峡库区水体富营养化.     

资源型城市系统演化的涨落因子及其协同分析

资源型城市系统能否形成新的、有序的耗散结构主要依赖于系统中的随机涨落,而这种随机涨落的产生是由各种触发和激化因子决定的.分析了资源型城市系统演化过程中的内源激化因子和外源触发因子,探讨了它们之间的协同动力机制,找出了资源型城市系统演化的序参量是科技进步水平、政府宏观调控和国家对资源型城市的投资.     

功能共振事故模型在可控飞行撞地事故分析中的应用

介绍了功能共振理论,说明了事故发生机理,描述了功能单位,介绍了一般性能条件和功能性能波动状态,以及功能共振事故模型分析步骤。利用功能共振事故模型对可控飞行撞地事故进行了分析,识别描述了功能单位,建立了功能网络;根据一般性能条件评价了各个功能单位性能波动状态,在评价结果基础上分析了各个功能单位性能波动状态,确定了＂管制员发出下降指令＂和＂输入导航点信息＂两个随机状态功能单位;进一步分析了功能共振和失效功能连接,以及影响功能共振的功能因素,建立了功能共振失效网络,确定了＂管制员发出下降指令＂、＂输入导航点信息＂、＂保持下降航路＂、＂到达指定导航点＂四个功能共振单位;最后识别出了波动障碍,并制定了＂调整飞行管理系统导航点信息显示方式＂等多个性能监测措施管理可控飞行撞地功能性能波动。     

长江三角洲各类开发区发展态势与差异分析

长江三角洲地区是全国开发区类型最齐全、分布最集中和建设速度最快的地区，但内部发展很不平衡。本文总结和分析了该地区开发区发展的现状特点、存在的问题以及发展的地域差异和形成的主要原因。     

Seasonal spatial differentiation of sex groups in populations of resident bat species (Chiroptera,Vespertilionidae) in the Southern Urals

On the basis of studies on the ecology of boreal bat species in the Southern Urals (1997–2004), the first classification of their summer habitats has been made. It has been shown that spatial segregation of sex groups into areas of two types, designated wintering and breeding zones, takes place in populations in the period of offspring rearing. In females, seasonal migrations are guided by imprinting on sites providing sufficient food for offspring rearing and on wintering sites. In males, imprinting on wintering sites alone is observed.     

蓄滞洪区可持续发展研究

本文分析了蓄滞洪区在防洪体系中的地位及其所面临的矛盾以及国内外蓄滞洪区管理和规划的研究现状和不足 ,指出可持续发展的治水观是蓄滞洪区防洪减灾与社会发展的必然选择 ;通过对蓄滞洪区复合系统的分析 ,探讨了区内人口、社会、经济、资源及防洪减灾之间的关系 ,建立了蓄滞洪区复合系统的概念模型 ,提出了蓄滞洪区可持续发展的定义并分析了其内涵。     

沉湖钻孔沉积物中微生物脂肪酸特征与意义

利用微生物脂肪酸甲酯分析技术研究了江汉平原沉湖湖心滩G1与湖岸G2两沉积柱中微生物群落结构的垂直分布特征及其环境指示意义.结果表明：微生物脂肪酸含量与特征脂肪酸分布特征在浅层（<5m）波动较大,且与深层（5~20m）差异明显;好氧细菌、一般厌氧细菌与革兰氏阳性菌占主要优势,其相对丰度高出深层约一倍.G1位点偏还原环境,其硫酸盐还原菌及其他厌氧细菌的相对丰度与环境胁迫压力（Trans/Cis）均高于G2;与溶氧相关的环境因子,如粒径、深度等是影响其微生物群落组成的关键因子.G2位点水动力条件较强,脂肪酸总量与好氧微生物的相对优势均高于G1,而深层沉积物中总氮、N/P偏低,微生物群落组成主要受碳氮营养源,特别是氮含量的影响.为评估人类活动带来的氮磷污染对湖泊深层微生物的影响提供新的认识.     

地形起伏地区管道水联运充水排气过程分析

针对油气长输管道投产前通常会进行充水清管、调试和吹扫(常规称:水联运),由于埋地管道随地形起伏经过无数个相对高点和低点,管道充水前处于自然状态,一旦管内充水,就会将管内空气归聚成封闭空间,形成多个带压气团随水头移动,时而被压缩,时而被膨胀,从而造成管道断流,影响泵站正常工作,严重的还会导致管道泄压装置受损、爆管事故等问题,分析了管道水联运过程中不同地形起伏高点和低点带压气团的成因和状态,用实例计算了带压气团对管道水联运的影响及排除方法,从而为长输管道投产前正常的水联运作业提供借鉴。