基于磁化率和210Pbex的金沙江下游小流域泥沙来源研究

金沙江下游地区侵蚀泥沙研究基础薄弱,实测资料较少,可靠的泥沙来源信息尤其是一系列国家重点水土保持工程如"长治"工程实施后流域泥沙的主要来源及贡献,对该区未来水土保持和生态环境建设以及不同治理措施效益评价具有重要意义。利用低频磁化率χ_(lf)和放射性核素~(210)Pb_(ex)双指纹因子,开展了金沙江下游一"长治"工程治理小流域(元谋县凉山乡小流域)泥沙来源研究。结果表明,坡耕地表土、林地表土和沟谷堆积物三种物源的χ_(lf)和~(210)Pb_(ex)平均含量分别为(21.81±9.43)×10~(-8)m~3/kg和40.53±9.49 Bq/kg、(24.06±9.61)×10~(-8)m~3/kg和119.35±22.81 Bq/kg、(16.60±5.27)×10~(-8)m~3/kg和30.62±12.69 Bq/kg。流域出口泥沙的χ_(lf)和~(210)Pb_(ex)平均含量分别为(17.69±2.87)×10~(-8)m~3/kg和33.63±6.17 Bq/kg。混合模型计算结果表明凉山乡小流域泥沙主要来源于沟谷堆积物,相对贡献率为79.6%;未经治理的陡坡耕地产沙贡献率为19.1%;林地面积占比最大但泥沙贡献极微,仅1.3%。基于χ_(lf)和~(210)Pb_(ex)的双指纹泥沙来源判别结果与利用地球化学元素复合指纹分析结果一致。受地质地貌等自然因素主控,沟谷侵蚀是金沙江下游河流泥沙的主要来源;以坡改梯和植被恢复为主的小流域治理工程对坡面侵蚀泥沙减控具有积极作用。该区未来水土保持工作应重点加强流域沟谷治理,降低泥石流等泥沙灾害风险。     

西北内陆小流域水体DOM三维荧光光谱特征

利用三维荧光光谱与平行因子分析结合,文章对西北内陆小流域15个采样点的表层水体溶解性有机物(DOM)的荧光光谱特征、组成成分、荧光强度进行研究,并结合常规水质指标,利用相关性分析法对研究河段DOM来源特征进行探讨。结果表明:受人类活动及企业、农业污染点源的中下游研究河段COD浓度值偏高,TN浓度呈递减趋势;水体DOM主要存在3种荧光峰,分别是类腐殖质荧光峰A、类富里酸荧光峰C及类蛋白荧光峰T,且DOM的沿程分布存在差异性,类腐殖质组分表现为:中游>下游>上游,分析发现,DOM来源既有人类活动参与,又有内部微生物活动共同作用。平行因子分析方法解析出水体中DOM主要包含3种组分:类腐殖酸组分C1、类色氨酸组分C2、类富里酸组分C3,在DOM组成中类腐殖酸所占比例高达41.52%,类色氨酸物质次之(29.91%),类富里酸所占比例为28.57%;3组荧光组分之间均有极显著相关性,说明类腐殖质同类蛋白质具有同源性,C1、C2、C3与总磷呈正相关,表明水体中总磷含量产生的主要源头为可溶性有机物,DOC与3个组分的相关系数较高,故可以用荧光组分作为水体中DOC指标的有效示踪。     

基于HEC-HMS模型的太行山小流域山洪模拟研究——以邢台路罗川流域为例

太行山南段东坡路罗川流域山洪灾害频发，然而相关的模拟研究较少。采用HEC-HMS模型，以罗川流域1982—2016年间8场山洪进行参数率定，2场洪水进行验证，并对比两套参数组合方案((1)初损常损法+Sndyer单位线法+指数衰退法+马斯京根法；(2)SCS曲线数法+SCS单位线法+指数衰退法+马斯京根法)。结果表明：两套方案合格率均为90%,平均Nash效率系数分别为0.83和0.79,预报精度均到达乙级水平，方案一优于方案二。产流初损和CN值均与起涨流量密切相关，分别为对数和指数关系。在验证期，基于经验关系的动态推求法模拟的洪峰流量平均相对误差为12.35%,洪量平均相对误差为12.35%,平均Nash系数为0.82,均优于固定参数法(17.26%、13.35%和0.77),可有效提高模拟精度。     

小流域土壤有机碳的分布和积累及土壤水分的影响

地形和土地利用决定的土壤水分和土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)的空间分布格局为研究水碳关系提供了重要的线索,但土壤水分的强变异性和SOC的相对稳定性对土壤水碳关系的研究提出了挑战。研究基于陆地水量平衡角度,选择雨季后土壤水分恢复期在晋西黄土丘陵小流域尺度进行了重复采样,按照3种地貌类型(沟底、 沟坡、 峁坡)和3种土地利用方式(农地、 林地、 草地)共布置37个样点,采集0~100 cm土壤样品测定土壤水分和SOC,探讨土壤水分与SOC分布特征及其相互关系。结果表明:同一土地利用方式下,土壤水分和SOC总体上沟底>沟坡>峁坡;同一地貌类型下,土壤水分农地>草地>林地,SOC农地<草地<林地。SOC与土壤水分呈现正相关关系,二者符合指数增长(y=y₀+log a×a^x,y为SOC,x为土壤水分)关系,因地貌部位和土地利用方式的不同决定系数在7%~37%之间变化。这一结果为基于土壤水分变化预测SOC积累和分布提供了参考。     

黄土高原丘陵沟壑区岔口小流域氮素平衡及其环境影响

黄土高原丘陵沟壑区岔口小流域是以种植业为主的农业小流域。利用获取的数据及相关文献,借助GIS工具,建立适合研究区域的农田氮素养分收支平衡模型。结果表明:2012年研究时段内流域氮素输入量为946.16t/a,输出量为600.16t/a。化肥氮输入是氮素主要来源,占64.05%;而作物收获是氮输出的主要方式,占69.81%。通过对岔口小流域农田氮素收支平衡进行分析,预测出农田氮负荷对该流域水体环境及地下水的潜在威胁,对该区域的农田非点源氮污染的预防与治理具有参考价值。     

农业小流域源头区池塘底泥磷形态和吸附特征

选择开慧河小流域源头区为研究对象,分析3类池塘(近年来由农田改建的人工塘为第Ⅰ类,受人为影响大的山边塘为第Ⅱ类,受人为影响小的山边塘为第Ⅲ类)的水质、底泥理化性质和底泥磷吸附特性。结果表明,3类池塘底泥的全磷、草酸提取态磷、不同形态无机磷(NH4Cl-P除外)以及生物可利用性磷(BAP)含量从大到小依次均为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类,与3类池塘水质状况相一致。无机态磷中不同形态磷含量从大到小依次为金属氧化物结合态磷(NaOH-P)、钙结合态磷(HCl-P)、可还原态磷(BD-P)和弱吸附态磷(NH4Cl-P),其中,NaOH-P是主要赋存形式(占68.51%)。BD-P含量和HCl-P含量分别与活性铁(Feox)含量呈显著正相关(P0.01),NH4Cl-P含量和NaOH-P含量分别与活性铝(Alox)含量呈显著正相关(P0.05)。采用Langmuir方程拟合吸附数据得出:Ⅰ类(塘1、6和12)、Ⅱ类(塘10和11)和Ⅲ类(塘3)池塘底泥吸附/解吸平衡磷浓度(C0EP)、磷最大吸附量(Smax)和磷吸附键能参数(Kc)分别为0.02~0.12 mg·L-1、526.32~826.45 mg·kg-1和0.31~1.11 L·mg-1。其中,塘6底泥Smax和Kc最小,C0EP最大,潜在磷释放风险大;塘10和11具有较高的Smax、Kc及较低的C0EP值;塘3底泥对磷的吸附能力介于Ⅰ和Ⅱ类塘之间。可见,研究区人类活动输入外源污染物在一定程度上影响了池塘底泥磷含量和吸附特性,在控制农业小流域源头磷污染的同时应考虑磷的流入负荷及水体底泥的磷吸附能力。     

红壤丘陵区小流域典型土地利用的面源氮磷输出特征

科学识别不同土地利用方式下的径流污染输出特征是治理流域面源污染的前提.以南方红壤丘陵地区小流域为例,野外实地观测对比了不同降雨特征下林地、种植用地和建设用地的水文过程和面源污染物输出过程.结果表明,土地利用方式影响着地表径流的水文水质过程,典型降雨下3类用地类型产流时间及产流累积雨量的特征为：建设用地（9 min,2.0 mm）、种植用地（35 min,11.4 mm）和林地（108 min,24.0 mm）;而3种用地类型的总悬浮物（TSS）、总氮（TN）和总磷（TP）的污染物浓度、形态、氮磷比变化及输出强度等污染输出过程特征也呈现明显差异.典型降雨下不同用地类型具有相似的污染输出阶段,径流初期的TSS、TN和TP质量浓度均偏高,之后逐步趋于稳定;产流过程的前30 min贡献TSS、TN及TP负荷的范围均在23%~43%之间.年尺度下,各用地类型对TN和TP负荷的贡献率及单位面积负荷比存在明显差异,表现为种植用地污染负荷贡献最高（57%和45%）,而建设用地单位面积负荷比最高（9.50~12.50）.结果亦表明小流域面源污染关键源区的分布具有时空动态变化特征,由汇水单元内的用地类型组成和年降雨特征等综合决定;随着次降雨量的增加,主要贡献源由建设用地向种植用地动态转变,治理时需要根据关键源区的分布特征及下垫面产流过程规律进行针对性生态拦截.