填海造陆区环境改善及雨水利用研究

通过对填海造陆区环境问题的分析,发现水资源匮乏是制约填海造陆区环境改善的关键。实施雨水资源开发利用是解决这一问题的有效途径,既能够有效改善区域生态环境,又能节约优质水源。文中以大连市填海造陆区为研究实例,分析了区域雨水利用的可行性和雨水利用的若干途径,利用不透水面积的集水,可以满足绿化和除尘等的用水。     

填海造陆区域地面沉降预警系统工程实践

天津南港工业区位于渤海湾滨海新区海岸线南部,大部分由填海造陆形成,围堤内正在进行吹填造陆,其造陆速度是我国同类区域中最快的。由于填海区的土层稳定性较差,荷载受力直接作用在土层上,很有可能会发生沉降。为进行沉降变形监测、水平位移监测、孔隙水压力监测,南港工业区地面沉降预警系统工程于2013年启动,工程内容主要包括采取岩芯、埋设分层标、孔口保护等。结合工程实践,介绍造陆地区沉降预警系统工程中的做法与经验。     

沧海变桑田，拿未来当赌注——深圳填海造陆拉警鸣

“这里向西纵深差不多两公里的陆域面积都是填海填出来的。以前全是滩涂，刚来的时候还能看到栖居在上面的水鸟。”深圳前海填海造陆项目工程师梁刚说。     

宁夏银北试验区盐渍土壤盐分运移数值模拟

将宁夏银北试验区夏季的蒸发、降雨、地下水埋深等数据作为求解土壤溶质运移方程的定解条件,同时确定试验区土壤的水动力学参数,结合有限体积数值计算方法对试验区土壤盐分含量在不同土层、不同时期的变化进行了数值模拟。结果表明:通过加密计算网格可有效提高模拟结果与实测值的吻合度;随着时间推移,土壤表层盐分含量逐渐增大、深层盐分含量则逐渐减小,模拟过程中出现了盐分含量恒定区域,该区域随时间的迁移逐渐缩小。     

潜水蒸发条件下土壤盐分运移模拟研究

以新疆盐碱地土壤参数为基础,利用HYDRUS-1D建立土壤盐分运移模型,通过设定不同大气蒸发能力(5mm,10mm)与潜水矿化度(5g/L,15g/L,25g/L)的试验组合,研究潜水蒸发条件下潜水矿化度与大气蒸发能力对土壤盐分空间分布和运移的影响,以期为土壤盐碱化预防及治理提供理论参考.结果表明,20cm以上表层土壤含盐量增速较快,20cm以下土壤含盐量增速较慢;0～20cm土层土壤累积含盐量是20～50cm土层的1.27～2.75倍,且均与累积蒸发量呈中度及以上正相关。0～20cm土层内,土壤累积含盐量受潜水矿化度与大气蒸发能力影响较大;20～50cm土层内,土壤累积含盐量受潜水矿化度影响较大.在作物幼苗期根系较浅时,应尽可能控制大气蒸发能力和高潜水矿化度对其的影响,在作物生长期及其后期,应尽可能降低高矿化度的潜水位,减少其对作物根系的盐渍影响.     

填海工程背景下半岛地下水流场及污染物运移的数值模拟分析

以古雷半岛为例,基于GMS地下水数值模型探索海砂填海(情景一)、海砂+黏土填海(情景二)、黏土填海(情景三)这三种填海情景对研究区地下水流场及污染物运移的影响。结果表明:(1)研究区在填海背景下地下水水位整体抬升,水位上升幅度由小到大依次为情景一、情景二、情景三,最高升幅达4.78m。(2)不同填海情景下的地下水流场差异在填海区的黏土区域最为明显,情景二、情景三与情景一的地下水水位差最大值分别为4.44 m和8.20m。(3)在仅考虑物理作用的情况下,三种填海情景下污染物运移均呈现以水平运移为主、垂向运移为辅的特点。(4)相较于污染物运移基本相同的情景一与情景二,预测时间30a时,水平方向上情景三污染物迁移面积、迁移速率分别下降23.07%、18.89%;垂向上污染物主要积聚于第一层含水层,情景三观测井在第一层含水层的污染物浓度为情景一(或情景二)的5.87倍。说明采用低渗透性黏土填海对于污染物运移具有一定的阻滞作用。     

用沉积理论分析黄河的造陆过程

在第四纪沉积理论基础上,对第三纪沉积速率提出计算方法,并选择牛顿法解渤海湾盆地沉积速率,研究了中国大陆东部边缘渤海湾盆地的沉积过程,得出盆地区域内沉积速率的变化存在3个高峰值,其年龄分别为：距今0～2Ma、24．0～32．6Ma、38．0～42．0Ma,为认识古代环境与地质演变提供了科学的依据。论述了黄河的造陆过程,指出第四纪以来黄河对渤海湾盆地沉积贡献最大。约距今10万年,原海岸线大约以燕山、太行山、嵩山、大别山、黄山等为界,距今10万～1万年间,我国的东部海岸线向外推移1000余km。华北平原是以黄河为主和其他河流一起挟带泥沙沉积形成的,就是现在陆地海拔在0～200m高科之间的、占国土面积约12％的中国东部平原。     

蓄水条件下蓄水沟水体与相邻土壤的盐分运移规律研究

在盐碱地治理“改排为蓄,水地共处,和谐生态”的卤泊滩模式中,通过调整蓄水沟水位高低和含盐浓度的动态变化,使土壤中盐分扩散运移,循环加速压盐,改变土壤盐分在垂直方向上的分布,从而实现对盐碱地的治理。本文通过试验和数值模拟的办法对这一新的机理给予研究。在蓄水条件下,对水体与土壤相邻体进行室内试验观测盐分扩散及平衡规律;针对研究对象,建立盐分运动数学模型,并进行模拟计算。分析了蓄水水位高、水中盐分浓度小情况下,土壤中盐分快速扩散到水体中,以及蓄水水位低、水中盐分浓度高情况下,水体中盐分快速扩散到土壤中的运移规律     

1996～2007年黄河新口门造陆分析

根据相关实测资料,对1996年黄河清8出汊至2007年新口门淤积造陆的情况进行了分析.结果表明:11年间新口门共淤积造陆58.0 km2,年均淤积造陆面积为5.3 km2;河口的造陆速率与河口地区的年来沙量呈正比关系.     

畦灌施肥地表水流与非饱和土壤水流-溶质运移集成模拟：Ⅰ模型

本文基于零惯性量方程和一维对流-弥散方程建立起畦灌溉施肥地表水流溶质运移模型,并利用HYDRUS-2D软件模拟二维非饱和土壤水流溶质运移过程,以一维地表水流溶质运移模拟得到的通量条件作为二维非饱和土壤水流溶质运移模拟的上边界,利用编制的程序将两个模型进行集成,构建起畦灌施肥地表与非饱和土壤水流溶质运移集成模型。基于多时段分步迭代计算方法,实现沿畦长地表入渗溶质通量动态变化条件下的二维非饱和土壤水流溶质运移模拟。     

沿海滩涂淤泥质黏土水盐迁移试验分析

我国沿海滩涂土壤盐渍化程度较高,作为土壤生态环境问题之一备受关注,研究土壤水盐运动规律是改良盐渍化土壤的理论基础。以沿海滩涂淤泥质黏土为研究对象,基于土壤盐分静态迁移试验和室内一维土柱试验,对淤泥质黏土盐分迁移规律和机理进行分析。结果显示:在静置状态下,相同迁移时间内,水体体积越多,盐分迁移速度越快,盐分迁移率越高;在一维水动力弥散条件下,水力坡度越大,水动力弥散作用越显著,盐分迁移的速度越快,盐分迁移率越高。     

干旱区高盐度潜水蒸发条件下土壤积盐规律分析

为分析干旱区高盐度潜水蒸发条件下土壤中盐分积累规律,利用室外土柱模拟试验开展了不同TDS(Total Dissolved Solids)(30和100 g/L)、不同包气带质地(细砂和粉质黏土)和不同潜水埋深(0.5、1.0和3.0 m)的高盐度潜水蒸发条件下分层土壤盐分的监测工作。通过对各个土柱不同深度7次取样得到的土壤平均含盐量数据分析表明:高盐度潜水蒸发条件下,潜水埋深越浅,土壤剖面上相同深度范围内的含盐量就越大;在其他条件一定时,包气带质地为粉质黏土的土壤剖面含盐量大于包气带质地为细砂的土壤剖面含盐量;由于黏性土的膜效应和土壤中积盐对土壤孔隙的填充作用,导致粉质黏土土柱上层的土壤含盐量表现为潜水TDS为30 g/L的大于潜水TDS为100 g/L的,在土柱下层的土壤含盐量表现为潜水TDS为30 g/L的小于潜水TDS为100 g/L的;由于TDS升高对毛细水的重力和土体结构的改变,随着潜水TDS的升高,粉质黏土土壤剖面上出现局部积盐深度下移的趋势。     

蓄水和蒸发条件下土壤过渡层中水盐运移规律研究

在国内外有关土壤水盐运移规律研究成果的基础上,应用陕西省卤泊滩综合治理和谐生态模式,分析了在蓄水和蒸发条件下,土壤饱和层与非饱和层之间的过渡层中盐分变化规律以及对土壤饱和层和非饱和层盐分的影响。针对3组不同初始条件,分别开展了室内试验和数值模拟。结果表明,在地下水位基本稳定情况下,土壤非饱和层与饱和层之间存在一个10～20cm的过渡层。在蒸发条件下,由于土壤毛管的水分蒸发作用的最低范围在过渡层内,所以过渡层有隔离下层盐分作用。如果土壤非饱和层含盐量高,蒸发可能呈返盐;如果土壤非饱和层含盐量不高,但过渡层含盐量高,蒸发也可能呈返盐;过渡层如果含盐量低,蒸发返盐的可能性很小;但过渡层以下的饱和层盐分,不管含盐量高低,均处于相对稳定状态。过渡层对下层高含盐的隔离作用显著。     

山区河流输沙模数与土地利用的BP神经网络模拟及调控

对贵州省毕节地区境内分布的六冲河、三岔河、赤水河、野济河等4条山区河流水文站监测的年平均输沙模数,与相应流域的土地利用结构,建立BP人工神经网络模型。并根据毕节地区土地利用结构比例,模拟得出全区的河流年平均输沙模数是628.47t/km2·a。然后对每种水土流失地类按比例调整为具有水土保持功能的地类后,年平均输沙模数的变化进行模拟分析,确定最佳调整方向。在此基础上制定了水土保持调控措施。     

宁夏青铜峡灌区水土盐量的衰减和积聚进程分析

本文以青铜峡灌区的水、土盐量监测资料为依据，分析了土壤、潜水和引排水盐量的演化进程，计算出灌区40年总计净引入黄河水1 257.7亿m3，年均净引入水量为31.4亿m3，水土总计排出5254.9万t有害盐量，积聚了769.3万t无害盐量。灌区内适用于农业灌溉的潜水和非盐渍化土的分布范围区显著扩大，标志着水土朝向脱盐淡化的方向演化。     

灌溉定额和灌溉水矿化度对土壤水盐动态影响研究

在甘肃省石羊河流域开展春玉米咸水灌溉田间试验,通过测定土壤含水量和含盐量,研究了灌溉定额和灌溉水矿化度对土壤水盐动态的影响.研究结果表明:灌溉定额与灌溉水矿化度均对土壤水分影响明显,随着灌溉定额和灌溉水矿化度的增加,土壤含水率越大;灌溉定额与灌溉水矿化度均对土壤盐分影响明显,土壤盐分累积量随着灌溉定额和灌溉水矿化度的增加而增大;收获后与播种前相比,0~100 cm土层,除淡水充分灌溉处理脱盐外,其余各灌溉处理均呈现积盐,并且随着灌溉水矿化度的增大,盐分累积量也越大,其中灌溉水矿化度为6 g/L的轻度缺水灌溉处理积盐量最大,最大值为0.838 g/kg.     

河套灌区间作系统根系土壤水盐运移机理及间作优势研究

为探究河套灌区春小麦/春玉米间作系统两作物间水分相互利用量、土壤盐分运移机理和地下部分对间作优势的贡献率及种间相对竞争能力等问题,采用根系分隔法进行了田间试验研究。结果表明:间作小麦利用了玉米侧214.0~224.5 m3/hm2的水量,间作玉米利用了小麦侧108.1~125.2 m3/hm2的水量。间作模式下根系在土壤空间的叠加利用效应可以降低0.2%~1.5%的小麦带土壤EC均值,2.7%~3.1%的玉米带土壤EC均值;水分的流通可使间作小麦带土壤EC均值降低4.4%~4.5%,使间作玉米带土壤EC均值降低3.4%~5.2%。河套灌区小麦/玉米间作系统的产量优势为27.7%~33.1%,其中20.4%~26.6%来源于地下部分的补偿作用,6.5%~7.2%来自于地上部分。间作产量优势中的10.0%~15.8%产生于间作根系对土壤空间的叠加利用,而水分与养分在小麦带与玉米带间的补偿效应为10.4%~10.8%。     

极端土地利用变化和降雨类型影响下洪水特征响应分析

为降低洪涝灾害影响、提高对洪水灾害的防御能力,评估极端土地利用变化和降雨类型对洪水特征的影响至关重要。基于分布式水文-土壤-植被模型DHSVM对浙江省汤浦水库上游流域20场洪水进行入库洪水建模,并采用模糊决策树法将洪水划分为快速洪水、短历时降雨洪水和长历时降雨洪水3种类型,研究极端土地利用和降雨类型对各类型洪水的特征指标影响。结果表明：DHSVM模型模拟效果较好,率定期和验证期各场次洪水纳什效率系数均值大于0.7。受区域内耕地面积影响,退耕还林和退耕还草对洪峰和洪量的消减作用皆小于2%。快速洪水的洪峰对下垫面变化最敏感,在退林还耕和城市扩张的极端土地利用变化下其洪峰平均增长率分别为12.87%和60.88%。下垫面变化对长历时降雨洪水的洪量影响最大,在退林还耕和城市扩张情境下其洪量平均增长率分别为10.48%和20.70%。城市扩张情景使得峰现时间平均提前2.10 h,降雨类型改变使得快速-短历时洪水开始时间平均延迟 3.63 h,洪峰减小34.73%;短历时-快速洪水开始时间平均提前7.11 h,洪峰增大22.87%。     

红壤坡地降雨产流的数学模拟及其过程分析

本文采用一维运动波理论建立了自然降雨下红壤坡地产流模型,应用Preissmann隐式格式对模型进行了数值求解,通过实测资料进行验证,计算值与实测值的相对误差最大不超过17%,说明该模型是合理的,可以描述不同雨型下不同水土保持措施的红壤坡地产流规律。将试验实测的降雨过程输入到本文建立的模型中计算,得到不同雨型下的产流过程。通过分析表明：百喜草覆盖与敷盖措施的起始产流时间明显滞后于裸露地,而洪峰流量也明显小于裸露地,说明百喜草覆盖与敷盖措施都有明显的削峰滞后作用。     

红壤坡地降雨产流的数学模拟及其过程分析

基于运动波理论建立了自然降雨下红壤坡地产流模型,应用Preissmann隐式格式对模型进行数值求解,并通过实测资料对模型进行验证,结果表明计算值与实测值的相对误差最大不超过±17%,说明该模型是合理的,可以描述不同雨型下不同水土保持措施的红壤坡地产流规律。将试验实测的降雨过程输入到本文建立的模型中计算,得到不同雨型下的产流过程。分析表明:百喜草覆盖与敷盖措施的起始产流时间明显滞后于裸露地,而洪峰流量也明显小于裸露地,说明百喜草覆盖与敷盖措施都有明显的削峰滞流作用。