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基于VIC和MLP-ANN模型重建中国陆地水储量数据

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水科学进展 2024年

作者：巨佳丽武传号胡晓农龚郑洁中国地质大学(北京)水资源与环境学院河海大学水灾害防御全国重点实验室长江保护与绿色发展研究院济南大学水利与环境学院暨南大学生命科学技术学院

基于GRACE重力卫星的产品数据为大尺度的陆地水储量研究提供了重要支撑，但由于数据长度有限，无法满足长序列研究需求。基于气象和水文观测数据，利用VIC（Variable Infiltration Capability）模型在中国十大水资源分区构建了流域水循... 详细信息

基于GRACE重力卫星的产品数据为大尺度的陆地水储量研究提供了重要支撑，但由于数据长度有限，无法满足长序列研究需求。基于气象和水文观测数据，利用VIC（Variable Infiltration Capability）模型在中国十大水资源分区构建了流域水循环模型，基于模型输出的土壤水和雪水储量，并结合气象观测数据，构建了基于多层感知器的人工神经网络模型（MLP-ANN），重建了中国地区1980—2018年高分辨率（0.25°）的陆地水储量距平（TWSA）月尺度数据集，并利用2003—2018年的GRACE数据对重建的TWSA进行评估。结果表明：①VIC模型总体具有较好的模拟效果，且湿润流域的模拟精度优于半干旱流域；②重建的TWSA在空间分布上与GRACE数据高度一致，可以较好地捕捉到绝大部分流域TWSA的年际变化特征及趋势；③1980—2018年，TWSA在华北平原、辽东、松花江西部、西南及西北部分地区呈显著下降趋势（>5 mm/a），而显著上升趋势主要集中在西部的少部分地区（>20 mm/a）。重建的TWSA数据可为中国地区的水文气象研究提供数据支撑。

关键词：陆地水储量 GRACE VIC模型人工神经网络数据重建中国

多孔介质固体颗粒粒径特征及膨胀作用对地下水孔隙尺度流场特征的影响

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地球科学 2024年第7期49卷 2589-2599页

作者：侯玉松刘苏辛虎吴吉春胡晓农邢立亭济南大学水利与环境学院山东济南250022 南京大学地球科学与工程学院江苏南京210023

地下水孔隙尺度流场特征的研究对于深入理解地下水渗流、溶质运移具有重要意义.目前固体颗粒粒径特征不同时介质微观结构对孔隙尺度流场的影响尚不清楚.基于迭代重排算法构建了固体颗粒粒径分布特征、膨胀程度不同的多孔介质,基于此研... 详细信息

地下水孔隙尺度流场特征的研究对于深入理解地下水渗流、溶质运移具有重要意义.目前固体颗粒粒径特征不同时介质微观结构对孔隙尺度流场的影响尚不清楚.基于迭代重排算法构建了固体颗粒粒径分布特征、膨胀程度不同的多孔介质,基于此研究了固体颗粒平均粒径、粒径方差及膨胀作用对地下水流场特征的影响.结果表明,在介质孔隙率相同的条件下,固体颗粒平均粒径、粒径方差对多孔介质中流速的非均质性、速度概率密度分布等流场特征影响较小.而在同一介质中,当固体颗粒膨胀引起孔隙率减小时,平均粒径较小幅度的变化就会对以上流场特征产生显著影响.例如当固体颗粒膨胀程度增强时,粒径小幅度的增大,就会导致流场中优势流区和不流动区比例同时大幅度增加,流场非均质性显著增强,流速概率密度分布更加发散.

关键词：地下水流场特征多孔介质固体颗粒粒径孔隙尺度数值模拟水文地质学

莱州湾南岸第四系沉积物微生物群落垂向变化特征

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济南大学学报(自然科学版) 2024年

作者：黄宪瑞支传顺胡晓农陈宏帆陈耿济南大学水利与环境学院

为了探究海侵背景下沉积物剖面内微生物群落结构及多样性的垂向变化规律，采集山东省潍坊市莱州湾南岸一眼200 m深井沉积物样品，基于高通量测序方法对沉积物微生物进行16S rRNA分析。结果表明，沉积物全盐量随着深度增加逐渐减小，pH... 详细信息

为了探究海侵背景下沉积物剖面内微生物群落结构及多样性的垂向变化规律，采集山东省潍坊市莱州湾南岸一眼200 m深井沉积物样品，基于高通量测序方法对沉积物微生物进行16S rRNA分析。结果表明，沉积物全盐量随着深度增加逐渐减小，pH随深度增加逐渐增大；微生物丰度和α多样性随着深度的增加而降低，变形菌Proteobacteria广泛存在于沉积物中，厚壁菌Firmicutes和拟杆菌Bacteroidete随深度的增加而增加，放线菌Actinobacteria、绿湾菌Chloroflexi、酸杆菌Acidobacteria等随深度的增加而减少；沉积物微生物群落结构的变化特征受多种环境要素共同影响，对微生物群落结构影响最大的是深度和pH，其次是全盐量和总氮。

关键词：海(咸)水入侵水文地质沉积物高通量测序微生物群落

海(咸)水入侵对莱州湾南岸含水层微生物群落结构的影响

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济南大学学报(自然科学版) 2024年

作者：陈宏帆支传顺胡晓农黄宪瑞陈耿济南大学水利与环境学院

为了探究海(咸)水入侵对含水层微生物群落结构影响及微生物丰度与环境因素关系，在莱州湾南岸白浪河下游沿岸监测井内，采集各含水层中地下水和沉积物样品；利用高通量测序方法进行测序分析，研究了海(咸)水入侵对含水层微生物群落结构... 详细信息

为了探究海(咸)水入侵对含水层微生物群落结构影响及微生物丰度与环境因素关系，在莱州湾南岸白浪河下游沿岸监测井内，采集各含水层中地下水和沉积物样品；利用高通量测序方法进行测序分析，研究了海(咸)水入侵对含水层微生物群落结构影响。结果表明，地下水中微生物丰度和多样性均高于沉积物中的；随着海(咸)水入侵的加剧，地下水中微生物丰度和多样性也随之降低，沉积物中微生物则呈现波动变化并有升高的趋势；地下水微生物以变形菌门、拟杆菌门为主，而沉积物中以变形菌门、放线菌门为主，在门以下微生物群落结构差异性较大，发现涅斯特连科氏菌属可作为识别海(咸)水入侵的标志微生物；地下水中的Cl-、HCO3-和pH对微生物群落结构影响显著，溶解性总固体、化学需氧量、全盐量对沉积物中微生物群落结构影响显著。

关键词：海(咸)水入侵地下水微生物群落结构莱州湾

不同胶结度的饱和土壤孔隙尺度结构对地下水渗流特性的影响

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土壤学报 2024年第2期61卷 398-407页

作者：侯玉松辛虎刘苏胡晓农苏靖芳吴吉春邢立亭济南大学水利与环境学院济南250022 中国科学院南京土壤研究所南京210008 南京大学地球科学与工程学院南京210023

饱和土壤中地下水渗流过程的研究在诸多领域具有重要意义,土壤孔隙尺度结构差异对地下水渗流特性有显著影响。土壤颗粒胶结度是土壤的基本属性之一,但是目前针对不同胶结度的土壤孔隙尺度结构差异对地下水渗流影响的研究尚少。采用整体... 详细信息

饱和土壤中地下水渗流过程的研究在诸多领域具有重要意义,土壤孔隙尺度结构差异对地下水渗流特性有显著影响。土壤颗粒胶结度是土壤的基本属性之一,但是目前针对不同胶结度的土壤孔隙尺度结构差异对地下水渗流影响的研究尚少。采用整体重排算法构建不同胶结度的土壤介质孔隙尺度结构,基于此运用有限元软件模拟介质中地下水渗流过程开展相关研究。结果表明:土壤颗粒胶结度对饱和土壤中地下水渗流具有显著影响。随着胶结土壤颗粒百分数Pc从0增至60.20%,流场的变异函数增大了70.15%(从1.233到2.098),即随着胶结度增大,流速空间非均质性显著增强。此外,沿地下水主要流动方向和垂直于主要流动方向上的流速概率密度分布函数均越来越发散。流速接近平均流速的区域减少,不流动区、优势流区同时显著增大。当Pc从0增至60.20%时,地下水中不流动区比例增大了23倍(从2.06%到48.31%),而优势流区比例增大了将近9倍(从0.27%到2.41%)。当平均流速不同时,渗流特征的以上变化趋势保持不变。此外,本研究发现不同胶结度介质间的孔隙尺度结构差异正是引起地下水渗流特性发生上述变化的内在原因。

关键词：地下水渗流特性土壤颗粒胶结度孔隙尺度结构数值模拟

基于文献计量分析的近20年湿地碳研究进展与趋势

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生态科学 2024年第1期43卷 218-228页

作者：吴志男欧正蜂吴睿智刘春胡晓农黄永奇暨南大学生命科学技术学院热带亚热带水生态工程教育部工程研究中心广州510632 广东省水利水电科学研究院河口水利技术国家地方联合工程实验室广州510635 广东白云学院工商管理学院广州510550

湿地作为陆地和水体的关键过渡带,其碳的动态变化对生态系统服务功能、全球碳循环和气候变化具有重要影响。为了更直观了解国内外湿地碳研究进展和前沿动态,基于WebofScience数据库的核心集和CNKI数据库核心期刊近20年的文献数据,运用Ci... 详细信息

湿地作为陆地和水体的关键过渡带,其碳的动态变化对生态系统服务功能、全球碳循环和气候变化具有重要影响。为了更直观了解国内外湿地碳研究进展和前沿动态,基于WebofScience数据库的核心集和CNKI数据库核心期刊近20年的文献数据,运用CiteSpace软件和文献计量方法,概述和分析了近20年来国内外湿地碳的研究进程。结果表明,近20年来国内发表湿地碳相关文章2168篇,国际发文5810篇,且近10年发文量相较于前10年国内外文献量增加了3—4倍。相比于国外湿地碳的研究,我国湿地碳研究初期主要是为污水处理服务,但国际上湿地碳的研究初期就将湿地土壤、水以及氮的研究相结合,并在全球气候变化、碳的动态变化和湿地沉积物等方向上持续发展;而我国湿地研究受环境现状、地理环境导向明显并且随着时间的推移,碳循环、温室气体、碳汇等逐渐成为高频词,这表明我国的研究方向后期才开始向生物地球化学循环和气候方面转变。最后根据国内外研究前沿和热点问题对人类活动和气候变化影响下湿地碳研究的未来方向提出建议。

关键词：湿地碳 Citespace 网络图谱分析文献计量分析气候变化

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鲁西南平原浅层地下水脆弱性评价研究

水利水电技术(中英文) 2024年第S1期 216-221页

作者：吴光伟董玉龙毕雯雯顾莎姚天程佳豪支传顺胡晓农山东省国土空间生态修复中心自然资源部黄河三角洲土地利用安全野外科学观测研究站山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队济南大学水利与环境学院

区域地下水脆弱性评价可为地下水水质的监测和管理提供有效建议。以鲁西南平原为研究区，采用适合的参数，将传统的DRASTIC模型改进为“DRITCS法”,所选择的参数因子分别为地下水位埋深、地下水补给模数、含水层内的砂卵砾层厚度、地形... 详细信息

区域地下水脆弱性评价可为地下水水质的监测和管理提供有效建议。以鲁西南平原为研究区，采用适合的参数，将传统的DRASTIC模型改进为“DRITCS法”,所选择的参数因子分别为地下水位埋深、地下水补给模数、含水层内的砂卵砾层厚度、地形坡度以及渗透系数。结果表明：“DRITCS法”可以客观地反映鲁西南平原浅层地下水脆弱性的空间分布特性，能够准确呈现不同脆弱性区域硫酸盐污染点、三氮污染点比例的对比效果。基于研究区点源污染和面源污染的分区图，能够为后续地下水水质监测提供建议和思路。

关键词：鲁西南平原浅层地下水地下水脆弱性评价与验证

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鲁西北平原区浅层地下水质量评价及指标优化

水利水电技术（中英文） 2024年第4期55卷 137-150页

作者：程佳豪姚天胡晓农支传顺董玉龙吴光伟赵瑾济南大学水利与环境学院山东济南250022 山东省国土空间生态修复中心山东济南250014 山东省海河淮河小清河流域水利管理服务中心山东济南250100

【目的】为优化地下水水质监测方案,确定鲁西北平原地下水水质的主要控制因素,快速掌握地下水水质变化,【方法】基于2020年鲁西北平原地区浅层地下水水质数据,利用统计学软件、GIS软件对研究区水质情况进行描述性统计与空间信息差异化分... 详细信息

【目的】为优化地下水水质监测方案,确定鲁西北平原地下水水质的主要控制因素,快速掌握地下水水质变化,【方法】基于2020年鲁西北平原地区浅层地下水水质数据,利用统计学软件、GIS软件对研究区水质情况进行描述性统计与空间信息差异化分析;基于熵权水质指数(EWQI)利用多元线性回归模型探讨能代表研究区地下水水质的化学指标。【结果】结果显示:鲁西北平原地下水水质趋于一个较为中等的状态,冲积海积平原咸水水文地质亚区与冲积平原咸淡水水文地质亚区水质较差,冲积洪积平原淡水水文地质亚区水质相对较好;EWQI模型指标优化后代表整个研究区地下水水质的水化学指标为TDS、Mn^(2+)、I^(-)、F^(-)和Al^(3+),指标优化后EWQI_(min)模型R~2和RMSE值分别为0.996和5.094,百分比误差PE为3.615%。【结论】结果表明:EWQI_(min)模型优选指标具有较好的代表性,可用作水质监测主要监控对象,为水质监测网优化调整及相关管理措施提供了参考。

关键词：地下水水质评价水化学特征熵权水质指数多元线性回归 EWQI_(min)评价指标优化

不同海岸带地下水微生物群落结构与多样性差异研究

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中国地质 2024年第3期51卷 1008-1019页

作者：王庆兵陈麟支传顺胡晓农吴光伟杨培杰王晓玮常允新董玉龙山东省国土空间生态修复中心山东济南250014 自然资源部黄河三角洲土地利用安全野外科学观测研究站山东济南251900 中国地质调查局沈阳地质调查中心辽宁沈阳110034 济南大学水利与环境学院山东济南250022

【研究目的】海水入侵已成为全球沿海地区面临的重大环境地质问题及研究热点,探究海水入侵区地下水微生物群落特征可以对海水入侵的管理与防治起到支撑作用。【研究方法】本研究选取黄渤海地区两个典型海岸带(烟台龙口西海岸及青岛大沽... 详细信息

【研究目的】海水入侵已成为全球沿海地区面临的重大环境地质问题及研究热点,探究海水入侵区地下水微生物群落特征可以对海水入侵的管理与防治起到支撑作用。【研究方法】本研究选取黄渤海地区两个典型海岸带(烟台龙口西海岸及青岛大沽河海岸),基于高通量测序方法对当地地下水微生物进行16S rDNA分析,对比海水入侵程度不同的海岸带地下水微生物群落结构与多样性特征差异。【研究结果】大沽河研究区相比龙口研究区地下水受海水入侵的影响更为严重,地下水TDS含量在1.06~3.19 g/L,以Na-Cl-HCO_(3)和Na-Cl型水为主,而龙口研究区地下水TDS相对较低,以Ca-Na-Cl-HCO_(3)型水为主。Alpha多样性指数表明,龙口研究区地下水微生物的均匀度和丰富度随着海水入侵程度的增强而减小,而大沽河研究区地下水微生物多样性变化复杂。龙口研究区三个监测点地下水微生物群落结构相似,而大沽河研究区的微生物群落结构差异较大。龙口研究区标志微生物为伯克霍尔德氏菌目(Burkholderiales),丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)和噬氢菌属(Hydrogenophaga);大沽河研究区标志微生物较少,在阈值St≥4.0时标志微生物仅为变形菌门(Proteobacteria)。龙口研究区地下水TOC和DO与微生物丰度呈现正相关关系;而大沽河研究区中,Na^(+)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)等指标与微生物丰度呈显著负相关关系,这与当地受海水入侵时间较长有关。【结论】本研究揭示了在不同程度的海水入侵影响下地下水微生物与环境的响应特征,并表现出了不同的标志微生物,表明微生物指标可作为识别海水入侵的新型有效方法。

关键词：地下水海水入侵地下水微生物群落高通量测序环境地质调查工程