湖南武水流域泥沙颗粒特性及分形规律研究

流域土壤流失的泥沙颗粒及其分布与流域土壤有关,影响流域土地质量和输沙过程。以武水流域天然河道的53次降雨径流输沙过程实测资料为基础,运用R-R(Rosln-Rammler)粒径分布函数法分析了泥沙颗粒级配特性及其分形规律。结果表明,流域多年均悬移质泥沙颗粒组成为粘粒11%、粉粒51%、细砂粒32%和粗砂粒6%,以粉粒和细砂粒为主体,占83%。1981年以后,悬移质泥沙颗粒中粘粒和粉粒含量相对减少,悬移质泥沙颗粒呈变粗的趋势。悬移质泥沙颗粒组成具有分形特征,分形维数D与小于0.005 mm粉粒及粘粒含量呈较显著相关,与中值粒径相关性较差。流域推移质泥沙颗粒中值粒径平均为0.874 mm,推移质泥沙以砂、石砾为主。推移质泥沙颗粒组成具有分形特征,分形维数D与小于0.3 mm细砂及粉粒含量呈显著相关。流域泥沙级配及其变化,有利于分析泥沙来源,采取相应的治理措施,控制泥沙。     

湟水流域输沙特征分析

湟水青海省境内面积 15 3 4 2km2 ,是黄河中上游地区主要产沙区之一 ,年输入黄河泥沙 2 0 40万t。流域径流主要产生于 6～ 9月 ,占年径流总量的 5 3 % ;下游地区面积占流域总面积的 41 2 % ,年径流量占流域年径流总量的 42 4%。上游地区面积占全流域面积的 5 8 8% ,年输沙量仅占全流域年输沙量的 2 1 6% ;下游地区年输沙量 160 0万t,占流域年输沙总量的 78 4%。流域内灾害性天气频繁 ,水热配置不利于植物生长 ,大面积植被退化 ,人类经济活动频繁等 ,是导致下游地区水土流失严重的主要原因     

Mechanisms of Nitrate Transfer from Soil to Stream in an Agricultural Watershed of French Brittany

In French Brittany, water pollution with nitrate due tointensive agriculture has become one of the major environmentalconcerns. In this article, the nitrate, sulfate and chlorideconcentrations from the groundwater and the stream of a first-order agricultural watershed, are analyzed to infer the mechanisms responsible for the distribution and transfer of nitrate within the watershed. The aquifer is constituted by three layers: the thin soil cover, the weathered shale and thefissured shale. The weathered shale groundwater appears to bea large reservoir of nitrate in the watershed. Indeed the amount of nitrate is estimated at about 450 kg N ha^-1, 5 to 9 times the total annual nitrate flux in the stream. In the upslope zones, this groundwater exhibited high nitrate concentrations (up to 138.4±10.5 mg NO₃ ^- L^-1), which decreased along the flow paths towards the stream (77.1±13.8 mg NO₃ ^- L^-1). Unlike nitrate, sulfate concentrations showed an increase from uphillto downhill (from 6.1±0.8 to 12.5±5.4 mg SO₄ ^2- L^-1) with little change in chloride concentrations. These patterns are presumed to result from upward flows from fissured shale groundwater where denitrification by oxidation of pyrite occurs with sulfate as end product. A scheme of nitrate transfer is proposed where stream discharge would result from the mixing of three end members which are: uphill weathered groundwater, deep groundwater and water in the uppermost soil horizons ofthe bottomlands. Temporal variability of nitrate concentrationsin base flow reflects changes in the relative contribution of each end member.     

帕米尔高原东部表层沉积物粒度特征及其迁移路径

[目的]研究帕米尔高原东部表层沉积物粒度特征及来源,为提高中国西部高原地区沉积环境认知及生态环境建设提供科学依据。[方法]利用激光粒度仪对帕米尔高原东部表层沉积物粒度进行分析,并通过后向轨迹模型探讨远源风成沉降对其表层沉积物组成的影响。[结果]研究区表层沉积物以砂粒为主,表层沉积物粒径随海拔的逐渐升高而减小。初步推测表层沉积物主要为湖相沉积,远源风成沉降主要受中亚西风气流和塔克拉玛干沙漠西侧沙尘颗粒物影响。[结论]帕米尔高原东部处于生态环境脆弱区,应因地制宜制定土地利用规划,同时需防范中亚沙尘颗粒对其生态环境的影响。     

北京城市流域底泥重金属形态特征及其生态风险评价

为了解北京城市流域底泥重金属污染现状及其生态风险,研究分别在北京市永定河流域、潮白河流域、温榆河流域、拒马河流域和泃河流域五大河系（北京段）共设置84个检测样点,采集底泥样品,利用ICP-MS分析法和BCR连续提取法测定北京城市流域底泥中铜（Cu）、锌（Zn）、铬（Cr）、镉（Cd）、镍（Ni）和砷（As）6种主要重金属的含量,分析其分布特征及养分变化,同时运用潜在生态危害指数法和地累积指数法综合评价流域底泥中重金属的生态风险。结果表明:（1）以北京土壤质量标准为北京市参比值,北京流域中下游底泥富营养化严重,重金属富集强弱依次为Cd > （Cr,As,Zn） > （Cu,Ni）;（2）底泥重金属潜在生态危害评价,其危害程度依次为Cd > （Cr,As,Zn） > （Cu,Ni）,其中五大河流下游潜在生态风险较大,生态风险最大的是拒马河水域;（3）地累积指数法进行污染评价,北京河流污染程度依次为下游 > 中游 > 下游,底泥中污染最大的重金属为Cd,其次为Cr,As和Zn,污染较小的为Cu和Ni。综上所述,北京污染较大的河流依次是拒马河、永定河、潮白河、温榆河和泃河,特别是河流下游区域底泥重金属累积较多,潜在生态危害最大。     

滇池流域双龙水库径流区人类活动的沉积物记录

采集滇池以南双龙水库的沉积物柱状样,对不同层的沉积物使用210Pb进行定年;分析了不同年代沉积物的粒度分布特征以及总有机碳(TOC)、总氮(TN)和总磷(TP)的含量;在此基础上,对环境指标与昆明市人口和经济发展数据关系进行了解析。结果表明:1双龙水库沉积物中值粒径的范围分布在4.07~6.90μm,平均值为5.71μm,沉积物中值粒径在1986年后突然减小;2沉积物中TOC、TN以及TP的含量的范围分别是8.78~26.15、1.59~3.26和0.23~0.47 g/kg,均值分别为11.30、2.01和0.33 g/kg。TOC、TN以及TP的含量在1998年之前相对稳定,而在1998年之后有较大程度增长;3利用有机指数和有机氮指标评价双龙水库沉积物污染的变化情况,结果发现两大指标有加速增长的趋势;4通过相关分析发现昆明市国内生产总值(GDP)与双龙水库沉积物有机指数和TOC含量存在较好的相关性。昆明市人口数量与双龙水库沉积物有机指数和TOC含量的相关性也较强。研究结果表明水体生态参数受到社会经济指标的显著影响,人类活动是近几十年影响双龙水库水质的主要因素。     

皇甫川流域水沙变化特点及其趋势分析

以地处多沙粗沙区的皇甫川流域为例,采用实测资料,对其水沙量进行了统计分析.采用滑动平均法,Mann-Kendall非参数秩次相关检验法.对控制站皇甫站水沙变化趋势进行了研究.结果表明:在一定显著性水平下,皇甫川流域径流与泥沙在多年变化中均呈明显下降趋势.最后,针对影响水沙变化的降水与人类活动因素,应用不同时段的雨-水-沙关系,结合双累积曲线的变化过程,定量计算了不同时段的水沙衰减量以及由于雨水衰减影响和水土保持影响的减沙量所占比重.     

Bacterial Transport from Agricultural Lands Fertilized with Animal Manure

A plot scale study was conducted to determine bacterial transport in runoff from cropland treated with poultry litter and dairy manure applied at phosphorus (P) agronomic rates. Treatments included surface application of dairy manure, surface application of poultry litter, incorporation of dairy manure and control. A rainfall simulator was used to induce runoff 1 and 2 days after manure application. Runoff was analyzed to determine the concentration of indicator bacteria-fecal coliform, Escherichia coli, and Enterococcus. Observed edge-of-field bacterial concentrations were 10² to 10⁵ times higher than Virginia’s in-stream bacteria criteria for primary contact recreation waters. No significant treatment effects were observed on edge-of-field bacteria concentration or yield. Results suggest that the manure application based on agronomic P rates may yield significant bacterial loading to downstream waterbodies if rainfall occurs soon after manure application. This research underscores the need for BMPs that reduce runoff volumes and filter pollutants associated with animal manures.     

Impacts of Municipal Wastewater on The Transport Characteristics of Reactive Solutes Through Agricultural Soils

Reliable transport parameters of agrochemicals and soluble pollutants are crucial for modeling and management of soil and groundwater quality. This study investigated impacts of municipal wastewater on the transport parameters of five heavy metal/metalloid compounds (NaAsO₂, Cd(NO₃)₂, Pb(NO₃)₂, Ni(NO₃)₂ & ZnCl₂), two pesticides (cartap & carbendazim) and an inert salt (CaCl₂) in four agricultural soils of Bangladesh. Solute-breakthrough concentrations were measured in repacked soil columns with time-domain reflectometry (TDR) both before and after wastewater treatment. Transport velocity (V), dispersion coefficient (D), dispersivity (λ) and retardation factor (R) of the solutes, and pertinent soil properties were determined. Wastewater reduced bulk density (γ) of the soils (from 1.32–1.37 g/cm³ to 1.26–1.35 g/cm³) by increasing organic carbon (OC) (from 0.37%–0.84% to 0.40–0.93%), increased pore-size distribution index (n) (by 0.02 unit) and reduced soil pH (from 6.32–7.45 to 5.92–6.46). D and λ decreased while V and R increased after wastewater treatment; D decreased and R increased linearly with decreasing bulk density. The correlations of V, D, and R with n improved significantly (p < 0.05) after wastewater treatment. The correlation between λ and OC improved markedly for Ca, Pb, Ni, and cartap. The observed indicative results have practical implications in developing pedo-transfer functions for solute-transport parameters using basic soil properties, which are subject to progressive modification due to agrochemicals application and wastewater irrigation.     

紫色土丘陵区农业小流域暴雨事件磷素多尺度流失特征

为了揭示自然小流域尺度降雨、地形、土地利用结构等对泥沙和磷素输出的影响,根据丘陵区农业小流域自然地貌与土地利用特征,设计了不同尺度的小流域监测点,分别为苏荣、截流、大兴、万安,监测面积分别为3.0,34.6,480.3,1 236.4hm~2,并选择了降雨侵蚀力(R)分别为1 411.5,595.7,391.4 MJ·mm/(hm~2·h)的3场降雨事件监测小流域内磷素流失过程特征。结果表明:(1)以居民点集镇和耕地为主的苏荣和截流小流域水文响应速度较快,暴雨事件中径流峰值出现在降雨峰值后的5~10min,较大尺度大兴和万安小流域泥沙浓度峰值与径流峰值滞后于降雨峰值0.5~3h。(2)3场暴雨径流中泥沙与全磷、颗粒态磷均存在较一致的显著相关关系(R0.6,P0.01),泥沙、全磷流失负荷在源头小流域(苏荣、截流)最高,3场暴雨苏荣全磷平均流失负荷达到0.36kg/hm~2,万安小流域泥沙、全磷流失负荷最低,全磷平均流失负荷为0.009kg/hm~2。(3)小流域径流中颗粒态磷占全磷流失量50%以上。(4)多元回归分析结果表明,径流量和泥沙含量可用于进行磷素流失通量预测。坡耕地、林地与水田带状组合结构可显著降低小流域泥沙和磷素流失负荷。研究结果为计算丘陵区农业小流域暴雨过程中磷素多尺度流失负荷提供参考。     

流域输沙函数应用的尺度限制

阐述了在流域产沙预测模型研究中,将试验水平范围的输沙函数的运用范围扩大,产生了数据来源的不确定性或错误的原因在于:模型不完善、重要过程的省略、初始条件的缺乏、初始条件的敏感度、异质性问题、外部动力等。数据来源的不确定性在小尺度、短时间内是能够控制的。大尺度的异质性是使得输沙函数不能仅仅建立在数量化的基础上,而应是系统历史的函数。因此,大尺度的流域产沙模型必须建立在突变量的发现及其相应的动力特征基础上,而不应是试验模型按比例放大。     

长江三角洲农灌区沉积物中重金属的污染特征及生态评价

根据地质背景和人类活动方式,将整个长江三角洲地区划分为3个区域,探讨其区域特征和污染水平。利用多元统计学方法,分析不同区域重金属分布及污染特征;应用主成分分析,剖析了引起污染差异的原因;运用综合生态风险评价方法,探讨了沉积物的生态风险。结果表明,重金属的分布和区域特征既有相似性又存在差异：元素的富集程度以浙江区较高,太湖平原较低;浙江区不同元素变化最大,而太湖流域元素的变化则较为均匀。主成分分析表明,不同区域重金属的主要来源有所不同：长江两岸的Hg、Cu、Pb、As污染严重,与城市污水的排放和农业化肥的利用关系密切;太湖流域的主成分因子出现Zn、Cr、Cu组合,体现出电镀、化工行业污染排放的特征;浙江区主成分因子复杂,反映污染物质的多来源。采用Hakanson潜在生态风险指数法对沉积物中重金属进行风险评价,其单因子生态危害程度为Cd〉Hg〉Pb〉As〉Cu〉Zn〉Cr,综合潜在生态风险指数表明,长江三角洲农灌区的污染总体轻微,浙江区北部污染达到中等。     

渤海沉积物中氧化铁的异化还原特征

采用厌氧泥浆培养试验,通过对体系中Fe（Ⅱ）含量变化测定,明确了不同海区沉积物样品中Fe（Ⅲ）的厌氧还原特征。结果表明,不同采样位置的沉积物中Fe（Ⅲ）的还原潜势存在一定差异,除S17及S7样点外其他样品的Fe（Ⅱ）生成量都在3~5 mg.g-1之间,说明来自于不同位置的沉积物本身所含的可还原氧化铁数量及水环境对铁还原的影响不同。海河及大沽排污河河口的Ⅳ类水质海区沉积物中Fe（Ⅲ）还原能力最为强烈,在大港北排河及子牙新河的排海口Fe（Ⅲ）还原亦较高。距离海岸较远的Ⅰ类水质海区沉积物中Fe（Ⅲ）还原能力较弱。通过Logistic模型拟合和方差分析可以看出,Ⅰ类和Ⅱ类海区的Fe（Ⅱ）的最大累积量（a）没有显著差异,而与Ⅲ类和Ⅳ类海区差异达到极显著水平;Fe（Ⅱ）的累积速率常数（k）在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ类水质海区没有显著的差异,但在最大反应速率（Vma）x上却反映出区别,其中Ⅱ和Ⅲ类水质海区的差异不明显,而与Ⅰ和Ⅳ类水质海区呈现极显著的差异。Fe（Ⅱ）的最大累积量（a）与NO3--N浓度呈显著的负相关关系,相关系数达到-0.834 5,表明NO3-与Fe（Ⅲ）是沉积物中相互竞争的电子受体。     

天鹅湖沉积物中营养盐和重金属的分布特征

在荣成天鹅湖选取20个代表性样点,研究了表层沉积物中总氮、总磷、有机质和重金属的水平及分布状况,并对沉积物的环境质量进行了评价.结果表明,沉积物中总氮、总磷和有机质含量主要变化在0.6～1.2 g/kg,0.2～0.4 g/kg,5.0～20.0 g/kg之间,分别平均为0.85,0.35,19.89 g/kg;三生源要素的空间分布规律类似,其中有机质的变异程度较大.重金属Cd、Cr、Ni、Cu、Zn、Pb的平均含量分别为0.37,50.09,16.02,16.48,53.02,22.17 mg/kg,其中Cd、Cu、Zn的分布趋势类似,Cr和Ni相差不大.天鹅湖沉积物中营养盐和重金属的空间分布很不均衡,污染物质的累积与该区域的污染状况及沉积物粒度关系密切,北部人为活动频繁区和颗粒较细区含量较高,东近岸区及南部较低.与其它湖泊相比,天鹅湖沉积物中总磷和重金属的总体水平较低,Cr和Pb元素有所污染.据加拿大制定的沉积物评价标准,目前天鹅湖沉积物中污染物质不会产生大的生态毒性效应.     

紫色土泥沙沉积物对磷的吸附-解吸动力学特征

在紫色土集中分布的四川盆地丘陵区,选择不同土地利用方式（林地、水田、旱坡地、村镇）产生的沟渠泥沙为实验材料,采用平衡法研究了紫色土泥沙沉积物对磷的吸附-解吸动力学特征。结果表明,泥沙对磷的吸附和解吸过程按速率均分为快、慢、动态平衡3个阶段,0～0.75h内泥沙对磷的吸附速率与活性铁铝氧化物含量和粘粒含量之间呈显著正相关,较高的OlsenP水平和砂粒含量是泥沙磷解吸速率高的重要因素。泥沙磷的吸附量和解吸量与反应时间之间均呈幂函数关系（Qt=k·ta,0〈a〈1）。磷吸附量与泥沙中活性铁铝氧化物含量呈极显著正相关。磷解吸量与泥沙中砂粒含量显著正相关,与细颗粒物质（粘粒和粉粒）含量呈显著负相关。村镇沟渠泥沙磷的解吸量显著高于其他沟渠泥沙,其释放风险值得重视。本研究结果为川中丘陵区紫色土泥沙磷的释放风险评价提供了科学依据。     

Historical Trace Metal Accumulation in the Sediments of an Urbanized Region of the Lake Champlain Watershed, Burlington, Vermont

This study documents the history ofpollution inputs in the Burlington region of LakeChamplain, Vermont using measurements of anthropogenicmetals (Cu, Zn, Cr, Pb, Cd, and Ag) in four age-datedsediment cores. Sediments record a history ofcontamination in a region and can be used to assessthe changing threat to biota over time and to evaluatethe effectiveness of discharge regulations onanthropogenic inputs.Grain size, magnetic susceptibility, radiometricdating and pollen stratigraphy were combined withtrace metal data to provide an assessment of thehistory of contamination over the last 350 yr inthe Burlington region of Lake Champlain. Magneticsusceptibility was initially used to identify land-usehistory for each site because it is a proxy indicatorof soil erosion. Historical trends in metal inputs inthe Burlington region from the seventeenth through thetwentieth centuries are reflected in downcorevariations in metal concentrations and accumulationrates. Metal concentrations increase above backgroundvalues in the early to mid nineteenth century. Themetal input rate to the sediments increases around1920 and maximum concentrations and accumulation ratesare observed in the late 1960s. Decreases inconcentration and accumulation rate between 1970 andthe present are observed for most metals. Theobserved trends are primarily a function of variationsin anthropogenic inputs and not variations in sedimentgrain size. Grain size data were used to removetexture variations from the metal profiles and resultsshow trends in the anthropogenic metal signals remain. Radiometric dating and pollen stratigraphy providewell-constrained dates for the sediments therebyallowing the metal profiles to be interpreted in termsof land-use history.     

中国5种典型土壤的侵蚀泥沙粒径分布特征

通过天然降雨试验,研究我国5种典型土壤的侵蚀泥沙团粒和单粒粒径分布以及泥沙各级团粒的机械组成特征。2013—2014年汛期(6—9月),监测红壤、紫色土、黄绵土、褐土和黑土径流小区的降雨产流事件,收集侵蚀泥沙样品,利用湿筛法和吸管法测定其团粒和单粒粒径分布;同时,筛选出泥沙各级团粒样品,进一步测定其单粒粒径组成。结果表明:(1)侵蚀泥沙粒径分布是土壤质地和降雨强度综合作用的结果,团粒粒径分布更适合作为表征泥沙输移的指标;(2)5种土壤的侵蚀泥沙皆表现出粉团(0.002~0.05mm)和黏团(0.002mm)的明显富集;(3)在泥沙单粒粒径分布方面,除红壤的粉粒(0.002~0.05mm)和黏粒(0.002mm)有轻微富集外,其余4种土壤的各级单粒均无明显富集;(4)红壤侵蚀泥沙粉团(0.002~0.05mm)中的黏粒含量最多,其余4种土壤侵蚀泥沙机械组成和各级团粒的机械组成均与原土接近。     

水源涵养和生态保育清洁小流域河流沉积物重金属的特征及潜在风险——以董铺—大房郢水库为例

[目的]为了解安徽省合肥市饮用水源地水源涵养和生态保育清洁小流域(董铺水库和大房郢水库)汇水河流表层沉积物中重金属对下游水库的影响。[方法]在该区域3条主要汇水河流采集了23个沉积物样品,分别测定了沉积物中7种重金属(Zn,Cu,Cr,As,Cd,Pb和Hg)的含量,并采用潜在生态风险指数法(I_R)和地累积指数法(I_(geo))评估其潜在生态风险,主成分分析法解析其可能来源。[结果]研究区域重金属分布存在差异,As和Cd在泗水河上的C_1和C2两点含量超过了维护人体健康的土壤环境质量二级标准限值,且Cd在此两点的易利用态占比为34.97%和37.67%,具有较强的生物有效性;Cd生态风险指数普遍偏高,达强度等级,其中泗水河上的C_1和C2两点达极强等级;同时S_8点Hg生态风险达到强度等级,其余6种重金属生态风险水平较低。该区域重金属主要来自于人与自然混合源和人为源,贡献率分别为51.11%和27.70%。[结论]在泗水河下游流域Cd污染较为突出,为减小其对下游水库的影响,应加强Cd的污染治理。     

流域农业非点源污染的控制对策研究

农业非点源污染是一种分布广泛的非点源污染类型，以下河套小流域为例，从宏观管理的角度出发，提出了控制农业非点源污染的对策及建议，包括强调流域生态系统的整体功能，加强流域范围内的水，大气，土壤和其它生态资源的综合管理，根据流域生态环境的特点，包括受污染和破坏和程度，编制流域保护规划；实现以生态工程为核心的流域生态环境建设。