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床沙级配调整对黄河下游洪水演进的影响

水力发电学报 2024年第3期43卷 14-23页

作者：张晓雷徐志恒杨晨毕峥峥华北水利水电大学水利学院郑州450046 水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室(筹) 郑州450003 河南省水圈与流域水安全重点实验室郑州450046 华北水利水电大学黄河流域水资源高效利用省部共建协同创新中心郑州450046

小浪底水库运行以来,进入黄河下游的水沙条件出现了较大变化,受水库清水下泄影响,黄河下游床沙粒径出现了明显的粗化。为了探讨床沙级配粗化对黄河下游洪水演进的影响,本文首先建立了适用于黄河下游的一维水沙耦合数学模型,然后采用花... 详细信息

小浪底水库运行以来,进入黄河下游的水沙条件出现了较大变化,受水库清水下泄影响,黄河下游床沙粒径出现了明显的粗化。为了探讨床沙级配粗化对黄河下游洪水演进的影响,本文首先建立了适用于黄河下游的一维水沙耦合数学模型,然后采用花园口至孙口河段2020年4—10月的实测洪水过程对模型进行了验证;其次根据河段床沙粗化特点,并以花园口床沙粗化过程为代表,设计了4组床沙级配作为模拟计算的初始床沙条件;最后采用验证后的模型进行了模拟计算,分析了床沙级配调整对洪水演进的影响。结果表明:床沙级配调整对黄河下游的流量、水位、含沙量、洪水演进时间以及河段冲淤量均有影响,但是对流量影响较小,而水位、含沙量、洪水演进时间与河段冲淤量对床沙级配的改变响应较为敏感。床沙中值粒径d_(50)由0.076 mm(级配1)增至0.242mm(级配4)时,夹河滩断面水位增高0.89 m,花园口至孙口河段冲淤量由冲刷0.679亿m^(3)转变为淤积0.059亿m^(3),冲刷量减幅为109%。研究结果可为新水沙情势下黄河下游河道治理提供借鉴与参考。

关键词：一维水沙耦合模型床沙粗化洪水演进冲淤变化黄河下游

基于工业摄影测量的地下水开采地面沉降试验研究

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华北水利水电大学学报（自然科学版） 2024年第2期45卷 88-100页

作者：屈吉鸿郭威杨莉张艺潆华北水利水电大学地球科学与工程学院河南郑州450046 黄河流域水资源高效利用省部共建协同创新中心河南郑州450046

地下水过度开采是导致地面沉降的主要原因,模拟试验是研究地面沉降机理的重要手段。为快速准确监测开采条件下土体形变瞬时变化过程,自主研发了一套基于工业摄影测量技术和具有地下水补给、开采、数据监测采集等功能的地面沉降物理模拟... 详细信息

地下水过度开采是导致地面沉降的主要原因,模拟试验是研究地面沉降机理的重要手段。为快速准确监测开采条件下土体形变瞬时变化过程,自主研发了一套基于工业摄影测量技术和具有地下水补给、开采、数据监测采集等功能的地面沉降物理模拟试验系统,通过试验研究了开采条件下土体变形过程和特征。试验结果表明:在定水头边界条件下,抽水过程中各土层沉降量随距抽水井的距离增大而明显减小;在变水头边界条件下,当停止抽水后,各土层沉降量仍在不断增加,土层沉降的滞后效应明显。MPS标志点与沉降标尺观测的沉降量接近,在变水头边界条件下,沉降变化趋势基本一致,表明工业测量可用于土体变形测量,测量数据能反映在地下水位波动条件下土体变形的瞬时变化过程,具有较高的灵敏度。

关键词：工业摄影测量地面沉降地下水开采 Spatial Analyzer

不同灌溉方式下水氮供应对冬小麦水氮利用效率的影响

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灌溉排水学报 2024年第7期43卷 11-18页

作者：柳腾飞马莉汪顺生刘宇龙王帝儒赵逸飞李凯旋华北水利水电大学水利学院郑州450046 河南省豫东水利保障中心赵口分中心河南开封475000 黄河流域水资源高效利用省部共建协同创新中心郑州450046

【目的】探究不同灌溉方式下水氮耦合对冬小麦产量、产投比(VCR)、土壤氮素残留(NR)、水分利用效率(WUE)和氮肥偏生产力(NPFP)的影响,进而优化河南省冬小麦水氮管理制度。【方法】本研究以济麦22为研究对象,设定2种灌溉方式(宽垄沟灌(F)... 详细信息

【目的】探究不同灌溉方式下水氮耦合对冬小麦产量、产投比(VCR)、土壤氮素残留(NR)、水分利用效率(WUE)和氮肥偏生产力(NPFP)的影响,进而优化河南省冬小麦水氮管理制度。【方法】本研究以济麦22为研究对象,设定2种灌溉方式(宽垄沟灌(F),畦灌(Q)),3个灌水下限(60%田间持水率(W1)、70%田间持水率(W2)、80%田间持水率(W3)),3个施氮量水平(120 kg/hm^(2)(N1)、220 kg/hm^(2)(N2)、320 kg/hm^(2)(N3)),建立综合评价小麦产量、灌溉方式、水分利用效率、氮肥偏生产力、土壤氮素残留以及产投比的多目标优化模型,使用遗传算法进行寻优。【结果】①灌溉方式、灌水下限和施氮量对冬小麦水分利用效率、氮肥偏生产力、0~100 cm深度土壤硝态氮残留和产量均有极显著影响(P利用效率均随灌水下限和施氮量的增加呈现先增加后降低的趋势。②FW2N2处理的产量、水分利用效率以及净利润达到最大值,分别为9686.93 kg/hm^(2)、1.97 kg/m^(3)、15142.93元/hm^(2),相较于FW1N1处理分别增加了44.71%、56.65%、56.59%,这说明恰当的水氮供应具有增产与节水有机统一的良好潜力。【结论】冬小麦最优的水氮耦合管理措施为:灌溉方式采用宽垄沟灌,灌水下限为70%田间持水率,施氮量232.64 kg/hm^(2)。

关键词：水氮耦合水分利用效率氮肥偏生产力产量产投比土壤氮素残留

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聚乙烯微塑料对盐渍化土壤微生物群落的影响

环境科学 2024年第5期45卷 3088-3097页

作者：王志超李哲李嘉辰屈忠义杨文焕李卫平内蒙古科技大学能源与环境学院包头014010 黄河流域内蒙古段生态保护与综合利用自治区协同创新中心包头014010

地膜覆盖保墒已成为盐渍化土壤种植中重要的农艺措施,而盐渍化与微塑料双重胁迫对土壤微生物的影响越来越受到重视.为探究聚乙烯微塑料对盐渍化土壤微生物群落的影响,通过室内模拟盐渍化土壤环境中微塑料污染的方法,探究不同类型(氯盐... 详细信息

地膜覆盖保墒已成为盐渍化土壤种植中重要的农艺措施,而盐渍化与微塑料双重胁迫对土壤微生物的影响越来越受到重视.为探究聚乙烯微塑料对盐渍化土壤微生物群落的影响,通过室内模拟盐渍化土壤环境中微塑料污染的方法,探究不同类型(氯盐类和硫酸盐类)和不同含量(弱、中、强)的盐渍化土壤赋存不同丰度聚乙烯(PE)微塑料(土样干重的1%和4%)条件下对土壤微生物群落的影响.结果表明,PE微塑料会降低盐渍化土壤微生物群落多样性和丰富度,且硫酸盐类盐渍土处理受到的影响更强烈.赋存PE微塑料后不同处理微生物组成基本一致,但其相对丰度会发生变化,硫酸盐类盐渍土处理中各菌群相对丰度的变化较氯盐类盐渍土处理更强;门水平上,变形菌门相对丰度与赋存PE微塑料丰度呈正相关,而拟杆菌门、放线菌门和酸杆菌门相对丰度与赋存PE微塑料丰度呈负相关;科水平上,黄杆菌科、食碱菌科、盐单胞菌科和鞘脂单胞菌科相对丰度随赋存PE微塑料丰度增大而增大.KEGG代谢通路预测显示,赋存PE微塑料会降低微生物新陈代谢和遗传信息等功能相对丰度,硫酸盐类盐渍土对新陈代谢功能的抑制作用强于氯盐类盐渍土,而对遗传信息功能的抑制效果弱于氯盐类盐渍土;新陈代谢功能二级通道中氨基酸代谢、碳水化合物代谢、能量代谢等功能受到抑制,推测新陈代谢功能的降低可能是由于上述二级代谢通路相对丰度降低引起的.试验结果可为微塑料和盐渍化双重污染条件下对土壤环境的影响研究提供理论依据.

关键词：聚乙烯微塑料(PE MPs) 盐渍化土壤微生物组成和多样性功能

水体微塑料丰度与氮代谢功能微生物及基因的响应关系

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环境科学 2024年第6期45卷 3661-3670页

作者：王志超马钰李雅馨月李晨曦高静湉李卫平内蒙古科技大学能源与环境学院包头014010 黄河流域内蒙古段生态保护与综合利用自治区协同创新中心包头014010

微塑料(MPs)作为新型污染物对水体的污染影响已成为研究热点.为探究淡水环境中MPs丰度与氮代谢功能之间的响应关系,以乌梁素海为研究对象,借助蔡司显微镜检测水体中MPs丰度,并利用宏基因测序分析水体中氮代谢功能菌群及功能基因的分布特... 详细信息

微塑料(MPs)作为新型污染物对水体的污染影响已成为研究热点.为探究淡水环境中MPs丰度与氮代谢功能之间的响应关系,以乌梁素海为研究对象,借助蔡司显微镜检测水体中MPs丰度,并利用宏基因测序分析水体中氮代谢功能菌群及功能基因的分布特征,使用相关性分析法对MPs丰度与氮代谢功能微生物和氮代谢功能基因之间的作用关系进行探讨分析.结果表明,淡水环境中MPs对优势菌门中蓝细菌门和厚壁菌门的影响更高,MPs的存在会促进其富集和生长;优势菌属中对分枝杆菌属的促进和对Candidatus_Planktophila的抑制更明显,进一步说明在淡水环境中MPs会通过影响微生物群落而影响氮正常代谢,并且碳氮固定和反硝化等途径是MPs影响氮代谢的重要途径.从氮代谢功能基因角度分析,发现MPs丰度对硝化(pmoAamoA、pmoB-amoB、pmoC-amoC)、反硝化(nirK、napA)和异化硝酸盐还原(nrfA)过程中部分功能基因存在显著影响(P <0.05),并且MPs丰度对氮代谢相同途径不同功能基因的影响存在差异性,因此MPs在水环境中的影响非常复杂,对水环境的危害不容忽视.

关键词：微塑料(MPs) 淡水氮代谢功能微生物功能基因

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黄河内蒙段开河期细菌群落结构特征研究

中国环境科学 2024年第3期44卷 1487-1496页

作者：史玉娇李文宝郭鑫内蒙古农业大学水资源利用与保护自治区重点实验室内蒙古呼和浩特010018 黄河流域内蒙段水资源与水环境综合治理协同创新中心内蒙古呼和浩特010018

为探索黄河内蒙段开河初期水-土介质中细菌群落组成情况及生态网络结构,于2021年4月中旬进行取样,共获得黄河水样6个和土样4个.利用16S rRNA基因高通量测序方法对水、土样品进行测定,并从菌门及菌属水平对二者的细菌群落组成进行了分析... 详细信息

为探索黄河内蒙段开河初期水-土介质中细菌群落组成情况及生态网络结构,于2021年4月中旬进行取样,共获得黄河水样6个和土样4个.利用16S rRNA基因高通量测序方法对水、土样品进行测定,并从菌门及菌属水平对二者的细菌群落组成进行了分析.结果显示:河漫滩土样细菌群落结构的分布较水样更为分散,且土样中细菌群落丰富度、均匀度及多样性均高于水体,二者多样性存在显著的组间差异;在菌门水平上,变形菌门、放线菌门和酸杆菌门等是构成水-土样品的优势细菌门类,其中变形菌门在河水中相对丰度均值约为36.57%,在土样中则下降到25.39%,而酸杆菌门主要存在土样中,相对丰度约为14.17%;在菌属水平上, hgcI_clade(6.19%~12.75%)、CL500-29_marine_group(2.97%~5.05%)和Acinetobacter(0.74%~12.24%)是水体中的优势菌属,而norank_f__norank_o__norank_c__KD4-96(1.95%~4.91%)、 norank_f__norank_o__Vicinamibacterales(2.35%~4.67%)和norank_f__Gemmatimonadaceae (2.20%~4.73%)是土样中的优势菌属;不同菌属对水-土细菌群落结构的响应并不一致,其中分别归属于酸杆菌门和芽单胞菌门的norank_f__norank_o__Vicinamibacterales及norank_f__Gemmatimonadaceae等是联系水-土细菌群落的主要菌属,而归属于放线菌门的hgcI_clade和CL500-29_marine_group等是造成水、土优势菌门存在差异的主要菌属;虽然土样较水样拥有更大的生态网络结构,且Delftia、Candidatus_Methylopumilus、Arthrobacter和Rb41等是维持黄河内蒙段水、土介质生态网络结构的关键菌属,但相较于土样网络结构,水体网络结构中不同模块关键菌门及菌属间的生态功能较为一致.

关键词：细菌群落水土介质网络结构开河期黄河内蒙段

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乌梁素海冰封期砷与环境因子响应及风险评价

中国环境科学 2024年第2期44卷 972-983页

作者：石文静赵心亚刘轶哲李卫平内蒙古科技大学能源与环境学院黄河流域内蒙古段生态保护与综合利用自治区协同创新中心内蒙古包头014010

以乌梁素海为研究对象,分析冰封期冰-水-沉积物多相介质中砷(As)的分布特征,利用高通量测序技术揭示其主要微生物群落,结合理化因子探究乌梁素海冰封期As与环境因子响应关系并识别影响As分布的关键环境因子,同时综合多种方法进行生态风... 详细信息

以乌梁素海为研究对象,分析冰封期冰-水-沉积物多相介质中砷(As)的分布特征,利用高通量测序技术揭示其主要微生物群落,结合理化因子探究乌梁素海冰封期As与环境因子响应关系并识别影响As分布的关键环境因子,同时综合多种方法进行生态风险评价.结果表明,冰封期乌梁素海各点位沉积物中总砷(TAs)浓度均高于河套平原As背景值,平均浓度为背景值的1.7倍;冰-水-沉积物多相介质中As主要为As(Ⅴ),且TAs浓度的最大值均出现在总排干处;综合多相介质中相关性和冗余分析,冰封期乌梁素海中铁是影响As在冰-水-沉积物相迁移的关键环境因子,微生物在其中扮演重要角色,特别是Thiobacillus、norank_f_Steroidobacteraceae和Bacillus等菌属.风险评价结果表明冰封期乌梁素海表层沉积物大都处于轻度污染,但总排干处已经趋向于偏中度污染,且表层沉积物可能发生As的毒性效应风险,冰封期乌梁素海As的潜在生态风险不容忽视.

关键词：乌梁素海冰封期砷环境因子风险评价

磁性载体MBBR系统对纳米ZnO颗粒的胁迫响应

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中国环境科学 2024年第4期44卷 2093-2102页

作者：高静湉王树超敬双怡吴兆盛杨文焕李卫平内蒙古科技大学能源与环境学院黄河流域内蒙古段生态保护与综合利用自治区协同创新中心内蒙古包头014010

为探究磁性载体移动床生物膜反应器(MBBR)系统对不同浓度纳米ZnO胁迫的响应,构建2组MBBR开展纳米ZnO胁迫实验,通过对比普通与磁性载体MBBR中COD、NH_(4)^(+)-N去除性能、生物膜形貌、微生物群落及功能基因,分析磁性载体对纳米ZnO胁迫下M... 详细信息

为探究磁性载体移动床生物膜反应器(MBBR)系统对不同浓度纳米ZnO胁迫的响应,构建2组MBBR开展纳米ZnO胁迫实验,通过对比普通与磁性载体MBBR中COD、NH_(4)^(+)-N去除性能、生物膜形貌、微生物群落及功能基因,分析磁性载体对纳米ZnO胁迫下MBBR中污染物去除性能及微生物的影响.结果表明:低浓度(5,10mg/L)纳米ZnO对COD、NH_(4)^(+)-N去除无显著影响;高浓度(30,50mg/L)纳米ZnO胁迫后,磁性载体MBBR的NH_(4)^(+)-N去除率分别降低10.57%和12.91%,低于普通载体的14.48%和16.94%.相比于NH_(4)^(+)-N,纳米ZnO胁迫对COD去除影响较小.此外,高浓度(30,50mg/L)纳米ZnO胁迫导致更多纳米ZnO颗粒团聚并吸附于磁性载体生物膜表面,继而改变了生物膜群落结构.在10mg/L的纳米ZnO胁迫下,磁性与普通载体生物膜中微单胞菌属(Micropruina)的相对丰度均有所提高,对该菌属生长起到促进作用.50mg/L纳米ZnO对Micropruina的生长产生明显的抑制,普通及磁性载体生物膜中其相对丰度分别降至0.20%和1.28%.KEGG代谢通路预测表明,高浓度的纳米ZnO改善了细胞膜转运蛋白和细胞活性等功能,降低了碳水化合物代谢、氨基酸代谢、能量代谢、辅助因子和维生素代谢、异种生物降解与代谢的功能.在纳米ZnO胁迫下,磁性载体较普通载体表现出更好的污染物去除性能,削弱了纳米ZnO对微生物的胁迫效应.

关键词：纳米ZnO MBBR 磁性载体群落结构代谢通路

基于CEEMDAN-QPSO-BLS模型的径流预测研究

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中国农村水利水电 2024年第1期 101-108页

作者：刘扬赵丽华北水利水电大学黄河流域水资源高效利用省部共建协同创新中心河南郑州450046 华北水利水电大学信息工程学院河南郑州450046

准确的径流预测是水资源优化配置和高效利用的前提,是制定防洪减灾决策的基础,然而受到人类活动、环境、气候等因素的影响,径流序列呈现出非线性、非稳态、多尺度变化的特点,这为径流的精准预测增加了难度。为提高径流预测的精准度和可... 详细信息

准确的径流预测是水资源优化配置和高效利用的前提,是制定防洪减灾决策的基础,然而受到人类活动、环境、气候等因素的影响,径流序列呈现出非线性、非稳态、多尺度变化的特点,这为径流的精准预测增加了难度。为提高径流预测的精准度和可信度,结合自适应噪声完备集合经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,CEEMDAN)方法,量子粒子群优化算法(Quantum Particle Swarm Optimization,QPSO)、宽度学习系统(Broad Learning System,BLS)模型,提出了一种基于CEEMDAN-QPSO-BLS组合式的径流预测模型。该组合模型首先使用CEEMDAN方法对原始径流信号进行分解,得到若干相对平稳的本征模态分量。其次利用QPSO算法对BLS模型的特征层节点组数、增强层节点组数和组内节点数进行寻优,得到最优的宽度学习网络拓扑结构,进而使用最优的QPSOBLS对多个稳态分量进行预测,并对预测分量进行重构,从而获得更高的预测精度。以黄河流域小浪底水库的日径流值为实验数据,将EMD-QPSO-BLS、QPSO-BLS作为CEEMDAN-QPSO-BLS的对比模型,并采用纳什效率系数(NSE)、均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)和平均绝对百分比误差(MAPE)作为模型预测可信度和精准度的评价指标。实验表明,在预见期4天内,与QPSO-BLS、EMD-QPSO-BLS模型相比,CEEMDAN-QPSO-BLS的预测精准度分别提高了79.87%、19.80%,可信度分别提高了131.2%、10.98%,径流预测精度的提高,可为防洪抗旱保护人民生命财产和可持续发展提供决策支持。

关键词：径流预测宽度学习量子粒子群 CEEMDAN EMD

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