近55年来黄河下游泥沙通量的时空变化分析

利用近55a黄河下游输沙率数据,分析泥沙通量在下游的时空变化,得出在不同的时间尺度下各河段泥沙通量的变化速度,孙口以上和艾山-洛口段变化较大.通过非参数Mann-Kendall检验等方法,发现下游年、汛期、非汛期以及多数月泥沙通量显著性减小,其它月份部分站点也有减小趋势.利用有序聚类法得出各站年泥沙通量序列的一级跳跃发生在1979～1986年间,二级跳跃分别发生在1968年、1996年、1999年.利用小波变换的方法,得出年泥沙通量序列具有2～4a的周期,部分时段有8～12a周期,部分河段有17～21a的周期.泥沙通量序列的趋势、跳跃和周期变化与降雨、水土保持、水库拦蓄等因素有关.     

黄河流域泥沙配置状况及其资源化

 通过分析黄河流域水沙运动过程和水沙分布特点,给出了流域泥沙配置单元,指出流域泥沙配置单元的配置量随着流域治理工程实施、径流条件等不断变化;1950—1999年,流域水土保持滞沙、水库拦沙、河道滞沙、两岸引沙用沙、河口淤积与入海泥沙等配置单元年均配置沙量占流域产沙量(17.63亿t)的14.24%、14.05%、12.19%、10.56%和50.77%;阐述了水库拦沙多、河道淤积严重是黄河流域泥沙配置现状不合理的主要原因,指出流域水沙资源优化配置和泥沙资源化是维护黄河健康的重要途径;结合黄河下游长期泥沙处理与利用的经验和教训,总结了黄河下游泥沙资源化的主要途径,包括淤临淤背、河道治理与河槽维护、引洪淤灌与土壤改良、灌区堆沙高地农田化、建筑材料转化、河口泥沙造地和疏浚泥沙利用、湿地塑造等。     

稀土元素示踪法在土壤侵蚀与泥沙来源研究中的应用

[目的]掌握稀土元素(REE)示踪土壤侵蚀和泥沙来源的方法,明确其不确定性来源,对正确运用该方法获得可靠的侵蚀速率和泥沙源地贡献结果具有重要意义。[方法]基于前人运用REE示踪土壤侵蚀速率和泥沙来源的研究成果,总结了REE示踪土壤侵蚀的基本技术路线及其在水蚀、风蚀和泥沙来源研究中的应用,探讨了REE示踪土壤侵蚀和泥沙来源研究中的不足。[结果]分析认为REE虽是理想的示踪剂,但REE示踪法仍存在影响示踪土壤侵蚀和泥沙来源准确性的关键方面需要改进,包括REE与土壤结合方式与机理、长期监测或复杂环境下随淋溶、径流的迁移以及植被吸收利用等。在未来研究中应重点关注大量释放REE对土壤、植物、环境健康的影响以及REE示踪法与复合指纹识别法的结合运用等。[结论]研究结果为提高REE示踪土壤侵蚀结果的准确性,运用该方法开展其他侵蚀类型研究,与复合指纹识别法结合辨别大区域的泥沙来源奠定基础。     

1960—2020年黄河、长江、珠江入海水沙通量演变特征

[目的] 基于动态更新数据综合对比中国三大河流入海水沙通量的特征,为流域开发和管理提供依据。[方法] 收集黄河(利津站)、长江(大通站)、珠江(高要站、石角站、博罗站)5个水文控制站1960-2020年实测数据,采用滑动平均法、Pettitt检验法、双累积曲线法以及小波变换分别对水沙通量的趋势性、变异性、周期性特征进行分析,采用交叉小波变换和小波相干谱探究径流量和泥沙量的共振周期与相干性。[结果] 近60 a黄河、长江、珠江入海水沙通量均发生了明显变化,黄河径流量和泥沙量在1986年突变减少,泥沙量在1997年二次突变减少;长江和珠江入海径流量未发生变异,泥沙量分别于1992,1999年突变减少。这三大河流入海水沙具有显著的年际和年代际周期特征,年代际共同演化周期分别集中于1980年以前、1990年以前和2000年以前。年际共同演化周期为5 a,"丰-枯"转换频繁。交叉小波分析结果显示,黄河、长江和珠江的入海径流量和泥沙量在1965-1975年具有显著的1~3 a的共振周期,以正相位演变为主。[结论] 中国三大河流入海水沙具有显著的趋势性、变异性和周期性特征,可以据此进行的流域开发和管理更有效。     

草带措施对坡耕地产流产沙和氮磷迁移的控制作用

植被在坡面的位置对坡面保持水土的作用是不同的。动态监测澄江抚仙湖一级支流尖山河小流域坡耕地降雨-径流过程及水土流失量,研究草带措施对云南红壤坡耕地产流产沙和氮磷迁移的削减作用。结果表明:草带调控处理下雨季降雨量、总产流次数、径流深和土壤侵蚀量较原状坡面明显减少,次降雨下,宽草带的径流控制率和土壤侵蚀控制率分别为79.19%和64.55%,窄草带的径流控制率和土壤侵蚀控制率分别为85.15%和73.77%,坡耕地土壤侵蚀量变异系数>径流深变异系数>降雨量变异系数,原状坡面变异系数间增幅差异为31.42%,宽草带调控措施作用下变异系数间增幅差异为20.37%,窄草带调控措施作用下变异系数间增幅差异为19.11%,窄草带对坡耕地径流和泥沙的调控能力更强;宽草带和窄草带2种草带作用下,径流氮磷迁移浓度差异不显著,较原状坡面相比,草带措施明显控制氮磷迁移通量,径流总氮迁移通量控制率分别为81.23%和81.68%,铵态氮迁移通量控制率为78.25%和59.50%,总磷迁移通量控制率为71.36%和82.03%;径流泥沙速效养分含量明显增加,较原状坡面相比,草带措施能明显控制径流泥沙氮磷迁移通量,且径流泥沙氮磷迁移控制率较径流氮磷迁移控制率高,径流泥沙全氮迁移通量控制率为98.43%和94.30%,碱解氮迁移通量控制率为98.43%和93.10%,全磷迁移通量控制率为96.43%和89.77%,速效磷迁移通量控制率为90.34%和57.43%。     

近70年黄河入海水沙通量演变特征

基于黄河入海水沙控制站利津站1950—2018年实测水沙数据,采用5 a滑动平均法等方法对水沙通量的趋势性进行了研究,以滑动T检验、Mann-Kendall检验法等对水沙时间序列的变异性进行了分析,以小波变换、经验模态分解等方法对水沙通量的周期性进行了研究,同时以交叉小波变换和小波相干谱分析了径流和输沙的共振周期与相干性。结果表明:在最近70年内,黄河入海水沙通量呈现显著下降趋势,径流量和输沙量分别在1985年和1996年发生突变,入海径流量存在3～5 a、9～11 a,19～21 a的尺度周期,输沙量存在3～6 a,9～11 a,19～21 a的尺度周期。输沙和径流之间具有显著的正相位关系,在1960—1972年存在1～6 a的共振周期,并且两者低能量区关系远大于高能量区关系。研究成果可为黄河下游水资源管理、河口三角洲的生态治理以及侵蚀保护提供理论基础。     

土壤侵蚀实时监测仪称重法选择

浙江省水利河口研究院于2008年3月研制成功了土壤侵蚀实时监测仪,仪器的基本思路是从径流中取样、称重并与清水比较,从而计算出径流中的泥沙含量。介绍了监测仪的工作原理和方法,重点探讨了双斗连续称重法和单斗取样称重法的比较。采用单斗取样制成的土壤侵蚀实时监测仪经过多次控制性实地监测应用,证明可以满足野外环境下的水土流失监测要求。     

复合指纹识别技术定量示踪流域泥沙来源

土壤侵蚀导致水土资源及土地生产力的破坏和损失,泥沙淤积危害及其引发的一系列水环境效应已成为当前及以后一段时期内研究的热点和重点。开展流域(河流)泥沙来源研究,查明入塘、河、库泥沙通量,定量识别泥沙来源具有重要现实指导意义。选取了一个由山坪塘控制出口的封闭式农业单元小流域(10.7 hm2),开展复合指纹识别技术定量辨析塘库沉积泥沙来源新尝试。据流域现状,定性划分了3种泥沙来源,即旱地、水田、林草地,并分别于塘库中部采取A、B、C三柱表层沉积泥沙;结合复合指纹识别技术定量解析了塘库表层沉积泥沙来源。研究表明,塘库沉积泥沙各来源相对输沙贡献分别为旱地84%、水田14%、林草地2%,复合指纹识别技术能较好地辨析小流域泥沙来源。     

黄土高原沟槽侵蚀与泥沙输移监测方法初探

沟槽是径流与输沙通道和侵蚀主体,沟槽侵蚀监测对揭示水土流失规律和进行流域产沙模拟有重要意义。在对黄土高原相关研究结果分析的基础上,对沟槽侵蚀进行了初步确定。同时对与沟槽侵蚀关系密切的泥沙输移比进行了分析,并总结出沟槽侵蚀与泥沙输移比监测和估算的沟道特征监测法、坡面产沙—出口站泥沙比较法、稀土元素示踪法、坝库泥沙还原法和经验公式拟合法等方法。     

含沙水流在植被斑块中的输沙规律及阻力机制试验

为深入探究自然状态下含植被水沙运动过程及植被阻水拦沙机理,利用室内开闸式平坡水槽试验研究了泥沙粒径级配、植被冠层形态特征、植被密度对含沙水流输沙规律及阻力机制的影响。提出植物叶片长宽比作为衡量单株植物的冠层形态特征指标,用无量纲沉积通量和不同尺度下的无量纲冠层阻力划分含沙水流运动状态,掲示冠层形态特征及泥沙粒径级配对含沙水流运动过程的影响。研究结果表明,含沙水流中泥沙沉积通量受植物冠层形态和粗粒径悬移质（10～100 μm的弱黏性颗粒）含量影响,且植被冠层形态及泥沙粒径级配与无量纲沉积通量之间在阻力主导阶段存在强烈的反馈机制。植被冠层形态较大或粗粒径悬移质含量高的含沙水流中,沿水流运动方向床沙细化趋势更显著。相较于受叶片长宽比影响的冠层形态特征及植被密度,悬移质泥沙粒径级配因素对植被阻水拦沙效果的影响程度较为微弱。研究成果可为流域侵蚀输沙过程和河流水沙资源管理提供一定的科学依据。     

Pollution in an Urban Bayou: Magnitude, Spatial Distribution and Origin

Bayou Texar in Pensacola, FL, receives pollutants from a variety of sources, presumably including two USEPA's Priorities List sites. To evaluate the potential negative impacts of pollution in this type of setting, we determined the level and distribution of some of the pollutants in the bayou and identified the most likely sources for them. Results show that fluoride, a tracer for a contaminated groundwater plume from one of the Priorities List sites, enters sediments in the northern part of the bayou and migrates into the water. Radium in the bayou most likely also emanates from the contaminated groundwater plume. However, ²²⁸Ra/²²⁶Ra isotope ratios indicate that the radium enters the plume from the aquifer matrix, and thus does not originate directly at the Priorities List site. PAHs of creosote origin are known to have been released by the second Priorities List site but apparently they do not affect the sediments of the bayou because ratios of individual PAHs show that they are derived from combustion. The concentrations of the PAHs are slightly higher in the northern part of the bayou. Unlike other pollutants, most metals exceed their probable effects level (PEL) in many places in the bayou. The highest concentrations are observed in the northern part of the bayou. Low metal concentrations in monitoring wells and in deep sediments in the bayou suggest that the metals do not come from the groundwater plume. Sediment transport analysis shows that sediments are trapped in the northern part of the bayou. Consequently, long term accumulation explains the observed high concentrations of heavy metals, and other sediment bound pollutants, in the northern part of Bayou Texar. Pollutant concentrations vary greatly spatially, demonstrating the importance of geographical analysis for this type of environmental research.     

蒸发比法能量强制闭合及其对稻田蒸散量估算精度的影响

为探求节水灌溉稻田蒸发比(潜热通量与有效能量的比值,EF)变化特征及能量平衡闭合情况对稻田蒸散量测算的影响,该研究采用涡度相关系统,监测了2014-2016年节水灌溉稻田湍流通量过程,分析了稻田蒸发比的不同时间尺度的变化特征,对比了能量强制闭合前后湍流通量的比例与过程变化。结果表明,节水灌溉稻田EF与旱作物不同,小时尺度EF先减小后增加,在10:00-12:00时段的数值最为稳定。水稻全生育期EF均在0.7～1.0之间变化,均值约0.93,潜热蒸散是稻田主要的能量消耗项。能量强制闭合修正后湍流通量明显增加,日峰值差异最大,昼夜交替时,稻田能量平衡处于过闭合状态;能量强制闭合后不同时间尺度上的蒸散量都明显增加,能量强制闭合是涡度相关法准确计算蒸散量的前提。研究结果可为稻田蒸散量准确测算与蒸散模型扩展研究提供重要的数据支撑与方法。     

基于图谱可视化的中国大气氮沉降研究态势分析

[目的]系统地探究近10a中国大气氮沉降研究态势,为今后的相关研究提供科学借鉴。[方法]基于科学计量学与信息可视化分析方法,借助Citespace软件,从文献中分析近10a中国大气氮沉降研究热点及趋势。[结果]近10a来,在氮沉降背景下,森林生态系统中凋落物分解与土壤微生物特征一直是研究热点;近5a草地生态系统的研究地区更加广泛,但较少涉及林下草地;碳氮循环相关研究多集中于温带及亚热带森林区,研究内容更加丰富,研究方法向大数据分析及模型建立方向发展;大气氮沉降通量观测以水域生态系统为主,近5a来较多地结合了非点源污染及示踪技术。[结论]近10a来,中国氮沉降领域各学科交叉性和系统性增强,研究内容和尺度不断扩大,研究方法和技术趋于多样化;草地生态系统及微生物群落特征、氮沉降与全球变化及人类活动耦合关系研究成为近年来关注的热点。     

淮北平原农林复合生态系统非生长季CO2通量变化特征

采用开路式涡度相关系统对淮北平原农林复合生态系统非生长季的CO2通量特征进行连续监测,并基于晴好天气10Hz高频数据直接计算而来的经过简单修正的通量数据来探讨河南省西平县杨树人工林非生长季节CO2涡度通量的变化特征。结果表明：（1）生态系统CO2通量具有明显的日变化和季节变化,在日尺度上整个生长季白天表现为碳吸收,在月尺度上秋末和初春表现为明显的碳汇功能;（2）通过对比生态系统CO2通量和土壤呼吸速率,发现土壤呼吸速率对生态系统碳通量的贡献小于植物对它的贡献;（3）5cm土壤呼吸与土壤温度的日内和日际相关关系显著,但生态系统CO2通量与其相关关系不够显著;（4）5cm土壤呼吸的日内变化与土壤含水量相关关系显著,而土壤呼吸日际以及生态系统CO2通量与其相关关系不显著;（5）降雨和复杂的降水过程（如雨夹雪等）过后,生态系统的碳吸收有增加的趋势;而降雪和雾天后生态系统的碳释放有增强的趋势。     

不同作物类型下蒸散发时间尺度扩展方法对比

该文的目的是评价由瞬时潜热通量经过时间尺度扩展方法计算日蒸散发量的可靠性。为此,采用蒸发比法、改进的蒸发比法、正弦关系法及作物系数法等4种常用的蒸散发时间尺度扩展方法,针对位于华北平原的高营站和位于东北平原的通榆站的5种典型下垫面类型,分别对瞬时潜热通量进行时间尺度扩展,估算日蒸散发量,并与通量站采用涡度相关系统观测的日蒸散发量进行对比。结果表明,尽管4种方法在总体上具有一致性,但改进的蒸发比法的模拟精度最高(相对均方根误差20%左右),更适合于估算中国北方典型农田的日蒸散发量。然而,4种方法均存在系统误差,从而导致采用上午时段瞬时通量估算的日蒸散发量系统偏小,而采用下午时段估算的日蒸散发量系统偏大。     

Estimating Rainy Season Nitrous Oxide and Methane Fluxes Across Forest and Pasture Landscapes in Costa Rica

The objectives of this research were to estimate exchanges of CH4 and N2O, both radiatively active gases, between soil and atmosphere on hilltop, slope and swale hillslope positions of northeastern Costa Rica; and to assess the importance of accounting for topography in making areal estimates across hilly terrain. Emission rates from soils were measured during the rainy season on three hillslope positions of both actively grazed pastures and primary forests. Emission rates from pasture and forest sites were significantly different for both gases. Differences between slope positions, though notable, were not significantly different for CH4, but were significantly different for N2O. The forest landscape was partitioned with GIS methods into hilltop, slope and swale topographic positions. The calculated areas for each of these were multiplied by their respective emission rates to calculate overall flux from the entire forested area of 618 ha. Nitrous oxide flux ranged from 16,181 to 17,100 g N d-1. Similarly, CH4 flux ranged from -6,201 to -6,658 g CH4d-1. Errors associated with both estimating mean emission rates for each hillslope position and judgmental errors in partitioning the landscape into hillslope positional classes are important to making landscape-scale estimates of flux.     

北京郊区树冠穿透水中多环芳烃的污染特征与通量计算

2006年和2007年雨季,作为农村非点源污染研究的组成部分,以北京西北郊区城乡结合部的公路绿化带为采样点,对雨水和树冠穿透水中多环芳烃（PAHs）的污染特征和通量进行了研究。共采集10场降雨,分析了雨水和树冠穿透水中溶解相和颗粒相PAHs的浓度。结果显示,树冠穿透水中颗粒相∑16PAHs浓度大于雨水,而溶解相∑16PAHs浓度则小于雨水。降雨过程中树冠叶面对颗粒相PAHs具有释放作用;对溶解相PAHs则有截留作用,降雨后期截留作用的影响减弱。净通量计算结果表明,各场降雨树冠穿透水中溶解相PAHs的净通量大多为负值,颗粒相PAHs的净通量多为正值,树冠穿透水中PAHs的净通量主要来自于颗粒相PAHs。     

Micrometeorological measurement of pesticide vapor flux from bare soil and corn under field conditions

An intensive study was conducted to evaluate the movement of dieldrin and heptachlor vapor from a treated watershed. The successful application of micrometeorological estimates of evapotranspiration using average hourly data indicates that reasonable confidence can be placed on the computation of vertical pesticide flux rates using the equation: $$P = K_Z \left( {\frac{{\partial p}}{{\partial Z}}} \right)$$ where vertical diffusivity coefficient, K _i, for pesticide vapor is assumed equal to K _z for water vapor as measured by micrometeorological methods. Total daily pesticide flux can easily be calculated by summing the total estimated flux for each of the 2 or 4 hr observations. Interpretations of within-canopy pesticide flux profiles and evapotranspiration flux rates indicate that the pesticide flux rate during nighttime hours is zero. No major sources or sinks for pesticide within the crop could be found, and it was concluded that the pesticide vapor flux was directly from the soil itself. Thus, vertical pesticide flux measurements made above the canopy are representative of total vertical flux rates. It is possible to evaluate the mass horizontal flow and the downwind pattern of adsorption of pesticide vapor on untreated soil as well as dissipation into the atmosphere.     

土壤氮气排放研究进展

自20世纪初人类发明并掌握工业合成氨的技术以来,氮肥施用量迅速增长。在一部分国家或地区,氮肥的施入量已经超过作物对氮素的需求,导致大量氮素损失到环境中,造成氨挥发、氧化亚氮排放、地下水硝酸盐污染等环境问题。土壤在微生物的作用下可以通过反硝化、厌氧氨氧化等过程将活性氮素转化为惰性氮气,达到清除过多活性氮的目的。由于大气中氮气背景浓度太高,因此很难直接准确测定土壤的氮气排放速率,导致土壤氮气排放通量、过程与调控机制研究远远落后于土壤氮循环的其他方面。本文综述了土壤氮气排放主要途径(反硝化、厌氧氨氧化与共反硝化)及其对土壤氮气排放的贡献;测定土壤氮气排放速率的方法(乙炔抑制法、氮同位素示踪法、N2/Ar比率-膜进样质谱法、氦环境法与N2O同位素自然丰度法)及其优缺点;调控土壤氮气排放通量的主要因素(氧气、可溶性有机碳、硝酸盐、微生物群落结构与功能基因表达等)及其相关作用机制。最后指出研发新的测定原位无扰动土壤氮气通量的方法是推进本领域相关研究的关键;定量典型生态系统(如旱地农田、稻田、森林、草地与湿地)土壤氮气排放通量,阐明其中的微生物学机制,模拟并预测土壤氮气排放对全球变化的响应规律是本领域的研究热点与发展方向。     

新疆准东露天煤矿开采区降尘量时空特征及影响因素

[目的]针对新疆准东五彩湾露天煤矿开采区浮尘扩散的问题,选定多种气象因子分析其对浮尘扩散和自然沉降的影响,为监测自然降尘污染提供时间和空间依据。[方法]通过统计分析不同的气象因子同自然降尘量的相关性,确定主导影响因子;通过对自然降尘量时间序列和空间序列的分析,研究准东露天煤矿开采期引起的自然降尘污染的时间和空间变化规律。[结果](1)随着时间的推移自然降尘量总体呈三峰趋势;(2)气象因子对于自然降尘量的影响强弱表现为:平均风速平均土壤湿度平均环境温度;(3)该地区开挖期间自然降尘分布受人为扰动和风的叠加影响。[结论]4,6和9月份由于开采强度较大,自然降尘量相对较大;平均环境湿度对自然降尘量影响不大。风为该地区影响自然降尘的主要气象因子。自然降尘主要分布在主导风上下风向距煤矿开采区、堆渣区和工业区约8~10km范围区域。