真空蒸馏提取与原位采集对土壤水氢氧稳定同位素值比值的影响

为了研究不同采样方法对采集的土壤水氢氧稳定同位素比值的影响,设计了室内降水入渗模拟试验,收集土柱底部出流水、土壤溶液采样器原位采集10cm、40cm、70cm、100cm处的土壤水,在相同层位采集土壤样品并采用真空蒸馏法提取土壤水。通过样品的氢氧稳定同位素比值对比分析可知,降水入渗干燥的土壤过程中土颗粒优先吸附轻同位素,第一个收集的水分具有最正的氢氧稳定同位素比值;真空蒸馏法提取的土壤水是土壤吸湿水和入渗水分的混合,土壤溶液采样器原位采集的土壤水代表土壤中流动的水分,此水分是土壤中可被有效利用的水分。     

淤地坝土壤水来源与分布研究

选取韭园沟流域作为研究对象,通过实地采样,探索流域地表径流、地下水、降水和土壤水等各种水体氢氧稳定同位素分布特征,为研究淤地坝淤积规律和坝控流域中淤积的水沙分布规律提供基础。应用氢氧稳定同位素示踪技术,分析了淤地坝淤积体中土壤水的分布和来源:土壤水的组成中天然降水的含量始终不大;土壤水从浅到深的赋存规律由"较为平均分布、以地表径流为主",逐步变成"地下水为主、地表径流为辅"。结合在纵深方向上的土壤水份分布情况,发现土壤水含水量的变化和同位素的变化存在相同的分布特征。     

基于稳定氢氧同位素的高寒草甸坡地壤中流产流研究

以青海湖流域高寒草甸坡地为例, 通过收集2013年4—9月大气降水、土壤水和壤中流样品, 测定其稳定氢氧同位素值(δD和δ18O)并分析不同水体同位素特征, 同时使用二源线性混合模型辨析壤中流的产流来源.结果显示:大气降水的氢氧同位素值更加接近浅层(0~40 cm)土壤水的氢氧同位素值, 说明大气降水对浅层土壤水的补给作用要高于深层(40~80 cm)土壤水, 而壤中流的氢氧同位素值更加接近深层土壤水的氢氧同位素值, 说明该部分壤中流主要来源于降水前储存在土壤中的水分; 在非降水期间, 土壤水对坡上和坡中位置壤中流的平均贡献率分别为88.54%和78.43%;当降水事件发生时, 壤中流的水分来源由土壤水逐渐转变为大气降水, 而降水停止后土壤水重新成为壤中流的主要来源, 说明土壤水是高寒草甸壤中流产流的重要来源.     

鄱阳湖苔草枯水期的水分利用策略

选取鄱阳湖湿地典型植物苔草为对象,通过野外采样,对苔草的土壤水、植物水稳定氢氧同位素组成进行分析,研究鄱阳湖湿地苔草在枯水期的水分利用策略。结果发现:土壤水的氢氧稳定同位素比之间有明显的线性相关关系,在水位更低的2016年土壤水经历了更严峻的蒸发,根据氧同位素比和土壤含水率随深度变化可以将土壤水分为表层土壤水、深层土壤水和地下水三层;在枯水期,苔草对三种水源的利用比例为28.2%~41.4%,对各水源利用比例总体上大致相当,但断面之间的表现差异明显,各采样点之间有所差别,且在2016年枯水期差别更加明显。     

长江水中氢氧同位素组成的季节性变化

本工作测定了长江沿岸三个城市上海、南京、武汉从1982年10月到1983年9月年度中每月长江水中氢氧同位素的组成。观察到长江水中氢氧同位素组成随季节而变化,水中氢氧同位素含量5月最高,10月最低。长江水中氢氧同位素组成δD、δ~(18)O间的关系为δD=7.01δ~(18)O-1.94。     

小流域降雨径流氢氧同位素特征分析及其对径流分割的指示意义

结合水文气象资料,分析浙江和睦桥小流域在2015年汛期的3场台风雨事件中降雨、地面径流以及河水的氢氧同位素组成,并研究降水中δ~2H-δ~(18)O的相关关系。结果表明,降雨中的氢氧同位素具有显著的时程效应。无论是等体积的降雨增量还是等时段降雨,随着降雨历时的增加,δ~(18)O值均出现递减的趋势;穿透降雨由于林冠的滞留作用以及同位素分馏作用,比林外降雨更加富含重同位素;降水是河水的主要补给来源,由于河水蒸发,河水中重同位素比同时期降雨和地面径流更加富集。     

南阳膨胀土裂隙扩展及室内降雨人渗实验研究

膨胀土在含水量降低时发生干缩开裂,给工程带来了极大的危害,其中降雨条件下裂隙膨胀土渗流问题是一个典型的膨胀土工程问题。制备6个相同的南阳重塑膨胀土样,在相同的环境下分别脱湿96,79,63,48,39,30 h,通过数码拍照得到不同时刻试样表面裂隙图片,通过分析得到试样表面裂隙率;为了衡量裂隙在深部方向的发育情况,使用煤油进行渗透实验,得到煤油入渗系数与脱湿时间、平均含水率、表面裂隙率的关系曲线;在油渗实验结束后进行室内模拟降雨入渗实验,得到裂隙膨胀土入渗率的变化规律。通过对实验数据整理分析发现试样脱湿时间、试样平均含水率、试样表面裂隙率、煤油入渗系数、降雨入渗实验径流开始时间、试样入渗率之间有良好的相互关系,降雨入渗实验初期入渗率较大,入渗率随时间衰减很快,在15 min内降低了两个数量级,脱湿时间越长的样初期入渗率越高,衰减的也越快;入渗率在较短的时间内就开始趋于稳定,稳定后的入渗率随试样表面裂隙率线性增长,增长到一个峰值后迅速降低。     

五道沟试验场降雨径流中的氢氧稳定同位素特征分析

在淮北平原区五道沟水文水资源试验场,对降雨径流中的氢氧稳定同位素组成变化的特点及控制平原区河道径流组分划分的一些流域水文因素进行了同位素示踪实验研究.结果表明,实验期间降雨中的δ(18O)(-0.918%～-0.518%)及δ(2H)(-5.064%～-2.310%)的变幅较大,并随雨强的降低而增大;1,3,6号测井地下水的δ(18O)(或δ(2H))主要与补给区水源及降雨的δ(18O)(或δ(2H))有关,其对降雨入渗补给的响应较慢,有明显的滞后效应;IR自记井及S4抽水井由于受抽水灌溉等人类活动的持续影响,δ(18O)(或δ(2H))明显偏负,表明有来自深部潜水的补给.此外,流域出口断面河水的δ(18O)(或δ(2H))受平原型流域较强均化作用的影响,其变幅远远小于降雨的δ(18O)(或δ(2H))变幅,在使用同位素方法划分河道径流组分时,需要考虑降雨到形成河道径流的传输时间.     

南阳膨胀土裂隙扩展及室内降雨入渗实验研究

膨胀土在含水量降低时发生干缩开裂,给工程带来了极大的危害,其中降雨条件下裂隙膨胀土渗流问题是一
个典型的膨胀土工程问题。制备6 个相同的南阳重塑膨胀土样,在相同的环境下分别脱湿96,79,63,48,39,30 h,通
过数码拍照得到不同时刻试样表面裂隙图片,通过分析得到试样表面裂隙率;为了衡量裂隙在深部方向的发育情况,
使用煤油进行渗透实验,得到煤油入渗系数与脱湿时间、平均含水率、表面裂隙率的关系曲线;在油渗实验结束后进行
室内模拟降雨入渗实验,得到裂隙膨胀土入渗率的变化规律。通过对实验数据整理分析发现试样脱湿时间、试样平均
含水率、试样表面裂隙率、煤油入渗系数、降雨入渗实验径流开始时间、试样入渗率之间有良好的相互关系,降雨入渗
实验初期入渗率较大,入渗率随时间衰减很快,在15 min 内降低了两个数量级,脱湿时间越长的样初期入渗率越高,
衰减的也越快;入渗率在较短的时间内就开始趋于稳定,稳定后的入渗率随试样表面裂隙率线性增长,增长到一个峰
值后迅速降低。     

大型尾矿库下游高等级排土场的降雨入渗特性

尾矿库和排土场都是高势能的泥石流重大危险源,二者的降雨入渗特性均较复杂。而当高等级排土场位于大型尾矿库的下游时,其复杂性更不言而喻。通过对太和铁矿的工程实例分析,计算得到尾矿库在千年一遇洪水条件下的浸润线分布,将其导入到排土场中作为初始条件,计算得到初始浸润线;再据此分析整个研究区域的降雨条件下入渗特性。研究结果表明,尾矿库内的浸润线分布对下游排土场的影响很大,入渗作用改变了排土场边坡内的地下水渗流场,而地下水的升高则是一个缓慢的过程。     

考虑气相作用的降雨入渗对非饱和土坡稳定性的影响

为了精细分析降雨入渗对非饱和土坡稳定性的影响,在考虑气相对降雨入渗过程的影响基础上,利用水-气二相流模型模拟入渗水流驱替土壤空气的水-气二相流过程,计算降雨入渗下土坡的孔隙水压力、孔隙气压力、基质吸力和含水量的变化;并建立了同时考虑由有效黏聚力、净法向应力,还有基质吸力引起的强度对边坡稳定的影响的非饱和土坡稳定分析模型．通过算例分析得出：无论是否考虑基质吸力的作用,由于降雨入渗改变了土体的净法向应力和土的容重,使得非饱和土坡的安全系数降低,而后的蒸发作用会使土坡的安全系数有所增大;在相同的渗流条件下,基质吸力的作用使同一滑动面上的安全系数增大．     

太湖流域平原水文试验区降雨产流过程特征研究

为研究太湖流域平原地区降雨产流特征,选取金坛水文试验区开展降雨产流过程观测,提取影响次降雨产流的特征要素,剖析典型蓄满、超渗产流案例中的产汇流过程。结果表明：试验区以蓄满产流机制为主,超渗产流现象较少。长历时小雨强条件下试验区产流过程可分为补给土壤水、填洼和排水沟出流、全面出流、雨止消退4个阶段。排水沟出流阶段径流系数小,以排水沟面积承接雨水出流为主;全面出流阶段为蓄满条件下的超渗产流,雨强阈值约0.1mm/min,径流系数大。前两个产流阶段在短历时强降雨中同时发生。若全面出流阶段土壤尚未蓄满,则仍有较大比例雨水入渗,属传统意义上的超渗产流;若土壤已蓄满,则为蓄满条件下的超渗产流。     

Temperature-induced fractionation of oxygen isotopes of diatom frustules and growth water in Lake Sihailongwan in Northeast China

Diatom oxygen isotopes have been widely applied in quantitative reconstruction of the paleoclimate and paleoenvironment, but have rarely been reported in China. In the present study, Lake Sihailongwan in Northeast China was selected for detailed investigation of oxygen isotopic fractionation between diatom frustules and lake water induced by growth temperature. This study involved a 2-year period of field monitoring of the lake water temperature at multiple depths and biweekly collections of traps for both sediment and water at shallow and bottom depths (7 and 49 m below the lake surface, respectively), diatom separation and purification of the trap sediments, and oxygen isotope measurement for diatom silica and lake water samples. The conditioned experiment conducted herein demonstrated that the laboratory device, methods and techniques used in this study were capable of generating reliable data for the typical oxygen isotope composition of diatom frustules. The data obtained revealed a prominent linear relationship between the oxygen isotope composition of the modern diatom and lake temperature during growth. The fractionation coefficient was about −0.185‰/°C−0.238‰/°C in the temperature range of 3.6–24°C, which is consistent with the observations from various aquatic environments and laboratory culture with different diatom taxa. These findings provide strong support for the dominant control of the growth temperature on the oxygen isotope fractionation between the diatom frustules and ambient water. A notable difference in the fractionation coefficient was observed between the surface and bottom diatom oxygen isotopes, suggesting that various depositional processes and taphonomic effects influenced the surface and bottom trap samples. Another factor leading to this difference may be that enrichment by evaporation and dilution by rainfall have a stronger influence on the surface. Overall, the results presented here demonstrate significant progress in evaluation of diatom oxygen isotopes in China and draw attention to the differences between surface and bottom diatom oxygen isotope compositions.     

东濮凹陷沙河街组三段湖相沉积与地球化学特征

通过对典型井位濮115井沙三段地层进行岩芯观察和薄片鉴定, 结合碳、氧稳定同位素和元素地球化学特征研究, 对东濮凹陷沙河街组三段碳酸盐岩及陆源碎屑与碳酸盐的混合沉积作用机理和成因进行讨论。结果表明: 研究井段地层中碳酸盐组分为自生矿物, 碳酸盐岩和碎屑岩中碳酸盐的碳、氧同位素分异明显, 碳酸盐岩中δ¹⁸O偏正, δ¹³C偏负; 碎屑岩中δ¹⁸O偏负, δ¹³C偏正; 混积岩为二者的线性混合。同位素特征指示碳酸盐岩在强蒸发、弱淡水注入的条件下形成, 湖水相对封闭, 水体较浅, 底层水体可能呈氧化状态; 碎屑岩形成于弱蒸发、多淡水注入的相对开放湖体中, 湖平面较高, 底层水体可能缺氧; 混积岩则形成于两者的过渡阶段。频繁变动的碳、氧同位素组成可能指示对应沉积期的气候条件和湖平面, 并指示湖盆底层水体氧化还原状态的频繁变动。研究井段陆源碎屑含量逐渐减少, 可能指示湖平面整体上处于下降期, 与之相对应的沉积期湖盆相对封闭的阶段占主导。     

Diets, eco-environments and seasonal variations recorded in the oxygen and carbon isotopic compositions of mammal tooth enamel from the Shunshanji site, Sihong County, Jiangsu Province, China

The carbon and oxygen isotopic compositions of the tooth enamel of mammals, including deer, wild pigs, buffaloes and domesticated pigs from the Shunshanji site, Sihong County, Jiangsu Province, China, were analyzed to reconstruct the mammals’ ecoenvironments and diets, and to evaluate seasonal variations in the study area. Carbon isotopic compositions of buck samples revealed that the deer ate completely C₃ plants and the environments they inhabited were relatively open and that wild pigs ate primarily C₃ plants. Oxygen isotopic compositions indicated that the body sources of these two mammals were different, i.e. the deer and pigs lived in different niches within a relatively similar ecosystem. Modern domesticated pigs were isotopically more positive than the ancient wild pigs in carbon δ ¹³C values, suggesting the former ingested more C₃ plants relative to the latter. Although the δ ¹⁸O data showed modern domesticated and ancient pigs had similar oxygen isotope compositions, their water sources were different. The carbon and oxygen isotopic patterns of premolar microsamples of ancient and modern buffaloes indicated that the plants ingested by the ancient buffalo varied with seasonal shifts, but plants ingested by the modern buffalo were relatively constant. The eco-environment of the modern buffalo was more open, warmer and drier than eco-environment of the ancient buffalo, which may be the result of the deforestation and other human activities. Ancient and modern seasonal changes were clearly recorded in the isotopic patterns and the seasonal variation amplitudes of the ancient and modern eco-environments were similar.     

前峰型降雨入渗过程双层地基基质吸力解析解

为揭示前峰型降雨入渗对双层地基基质吸力分布的影响，首先基于Richards 瞬态非饱和渗流方程，引入Gardner土-水特征函数，建立了前峰型降雨入渗作用下双层非饱和地基水分运移模型，利用拉普拉斯变换推导了前峰型降雨过程双层地基基质吸力瞬态解析解；然后通过与有限单元模拟结果对比分析，验证了该解析解是正确的.研究成果为快速预测非均匀型降雨入渗作用下双层地基基质吸力演化特性提供了便捷手段，可为雨季地基承载性能评价和防灾减灾提供技术支持.非饱和土；双层地基；降雨入渗；基质吸力；解析解     

考虑吸湿和脱湿影响的一维降雨入渗数值模拟

在分析非饱和渗流时,土水特征曲线(SWCC)起着至关重要的作用.吸湿和脱湿条件下的土水特征曲线存在显著的滞后现象,对降雨入渗土体中孔隙水压力的分布有明显影响.采用两种计算模型,运用吸湿和脱湿条件下的土水特征曲线,对一维降雨入渗土体非饱和-饱和-非饱和全过程进行数值模拟,对比分析了计算模型以及吸湿和脱湿,对降雨入渗过程中土体的孔隙水压力分布的影响.     

考虑空间变异性的统计产流模型研究

针对控制产流过程的降雨等主要因素在空间分布不均匀的特征,提出了考虑空间变异性的统计产流模型．引入一个新的概率密度函数描述每个时段降雨的空间变化,采用土壤下渗容量曲线描述流域土壤下渗能力的空间变化,利用土壤水蓄水容量曲线表征土壤蓄水容量空间分布不均匀性．采用超渗产流模式根据降雨与下渗能力的联合概率分布计算地表径流的空间统计分布,通过推导得到计算地表产流量的准解析表达式;采用蓄满产流模式根据下渗与土壤蓄水容量曲线计算地下径流．选用黄河支流伊河东湾流域的资料对模型进行了验证,并将其结果与新安江模型产流结果进行对比,表明模型在该半湿润地区具有一定的适用性．