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干湿-冻融循环条件下膨胀土剪切特性的劣化机制研究

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工程力学 2024年第4期41卷 94-105页

作者：张浩张凌凯新疆农业大学水利与土木工程学院新疆乌鲁木齐830052 新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室新疆乌鲁木齐830052

因北疆供水一期工程膨胀土渠坡每年经历通水、停水及冻结、融化过程,导致渠坡多次发生滑动破坏现象。为深入探讨膨胀土渠坡的滑动破坏机理,通过对膨胀土进行裂隙性试验、剪切试验及其微观试验,从宏-细-微三个角度分析了膨胀土的劣化物... 详细信息

因北疆供水一期工程膨胀土渠坡每年经历通水、停水及冻结、融化过程,导致渠坡多次发生滑动破坏现象。为深入探讨膨胀土渠坡的滑动破坏机理,通过对膨胀土进行裂隙性试验、剪切试验及其微观试验,从宏-细-微三个角度分析了膨胀土的劣化物理机制。研究结果表明:膨胀土经过干湿-冻融循环后,裂隙率、裂隙条数及裂隙总长度等评价指标呈急剧上升的趋势,而后速度变缓最后趋于稳定,因现有指标存在量度单一等问题,在已有裂隙性指标基础上,通过相交点数和裂隙条数提出一种新的裂隙评价指标Q,可全面评价裂隙发育程度,Q随着循环次数的增加而增加,而后变缓最后趋于稳定;膨胀土经过不同次数干湿-冻融循环,黏聚力随循环次数的增加而减小,内摩擦角基本处于稳定值,抗剪强度主要与黏聚力相关联,黏聚力与裂隙参数Q关系曲线呈线性变化,黏聚力随Q的增加而减小;微观机理方面,通过微观电镜扫描,发现土体微观结构受干湿-冻融循环影响显著,土体微观结构逐渐破碎,颗粒总面积减少,孔隙体积增加,微小孔隙不断连接,逐渐形成新的裂隙;裂隙参数Q与各微观参数的灰色关联度均大于0.67,其中颗粒总数及颗粒总面积为主要影响因素;裂隙的产生使土颗粒之间的相互作用力逐渐减小,导致黏聚力变小。

关键词：干湿-冻融膨胀土剪切特性裂隙规律微观机理

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融合多源时空数据的地下水硫酸盐预测模型

环境科学 2024年第6期45卷 3153-3164页

作者：李如跃曾妍妍周金龙孙英闫志雲新疆农业大学水利与土木工程学院乌鲁木齐830052 新疆水文水资源工程技术研究中心乌鲁木齐830052 新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室乌鲁木齐830052

准确预测地下水SO_(4)^(2-)空间变化趋势对改善地下水质量、提高区域地下水管理水平具有重要意义.以2011、2014、2017和2020年叶尔羌河流域平原区土地覆盖数据、土壤参数数据、数字高程数据等多源时空数据和地下水p H值为特征变量,分析... 详细信息

准确预测地下水SO_(4)^(2-)空间变化趋势对改善地下水质量、提高区域地下水管理水平具有重要意义.以2011、2014、2017和2020年叶尔羌河流域平原区土地覆盖数据、土壤参数数据、数字高程数据等多源时空数据和地下水p H值为特征变量,分析其与地下水SO_(4)^(2-)浓度的相关性,利用贝叶斯优化算法优化随机森林回归,建立BOA-RFR模型,并基于BOA-RFR模型对特征变量进行重要性分析,对模型预测精度进行评价,最后生成地下水SO_(4)^(2-)预测图.结果表明,p H值、地面高程(GE)和贡献区荒地(BAR)面积占比作为影响地下水水化学组分的重要参数,与地下水SO_(4)^(2-)浓度均呈现极显著负相关,对地下水SO_(4)^(2-)浓度预测的重要度均大于25%;地统计插值方法作为空间分布预测建模的辅助手段,加入辅助样本后的BOA-RFR模型,地下水SO_(4)^(2-)浓度预测的R^(2)均大于0.96,且多辅助样本构建模型的RMSE和MAE最大值较少样本模型的最小值分别降低了4.7%和23.8%;在地下水SO_(4)^(2-)浓度预测中,高SO_(4)^(2-)地下水向叶尔羌河流域平原区东北部富集,且面积呈扩张趋势.

关键词：地下水硫酸盐空间分布预测多源时空数据随机森林回归(RFR) 贝叶斯优化算法(BOA)

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区域地下水污染预警:以巴伊盆地平原区为例

环境科学 2024年第7期45卷 3973-3982页

作者：刘钰曾妍妍周金龙雷米新疆农业大学水利与土木工程学院乌鲁木齐830052 新疆水文水资源工程技术研究中心乌鲁木齐830052 新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室乌鲁木齐830052

地下水污染预警是区域地下水污染防治的有效手段.将地下水水质现状、地下水水质变化趋势和地下水污染风险三者耦合的地下水污染预警模型应用于巴里坤-伊吾盆地平原区,实现地下水水质状态预警和趋势预警相结合的区域尺度地下水污染预警研... 详细信息

地下水污染预警是区域地下水污染防治的有效手段.将地下水水质现状、地下水水质变化趋势和地下水污染风险三者耦合的地下水污染预警模型应用于巴里坤-伊吾盆地平原区,实现地下水水质状态预警和趋势预警相结合的区域尺度地下水污染预警研究.采用基于综合权重的TOPSIS法进行地下水水质现状评价,通过计算得出的18眼原位地下水水质监测井的趋势度插值结果分析地下水水质变化趋势,利用迭置指数法将地下水脆弱性图、地下水污染荷载图和地下水功能价值图空间叠加得到地下水污染风险分布图.结果表明,研究区地下水水质以良好和较好为主,且2011~2022年间呈稳定状态,地下水污染风险整体较低.地下水污染预警级别整体较低,重警和巨警区分别占研究区总面积的16.4%和17.5%,主要分布在伊吾县的下马崖乡和巴里坤县的三塘湖镇北部、大红柳峡乡、大河镇,区域内出露的第四系沉积物以砂卵砾石为主,孔隙发育,透水性强,对污染物的截留和吸附能力较弱,工农业和生活产生的污染物易渗漏至地下水含水层,造成地下水水质较差和地下水污染风险较高,最终导致部分区域地下水污染预警级别高.地下水污染预警研究为开展地下水污染修复提供重要的理论依据.

关键词：地下水污染预警水质现状水质变化趋势污染风险巴伊盆地

超采背景下地下水化学特征演变及机制分析——以新疆昌吉州东部奇台县为例

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环境科学学报 2024年第4期44卷 168-178页

作者：刘清华吴彬武刚高凡杜明亮曹伟新疆农业大学水利与土木工程学院乌鲁木齐830052 新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室乌鲁木齐830052 新疆昌吉州水资源管理中心昌吉831100 新疆维吾尔自治区水资源中心乌鲁木齐830000

地下水超采不仅引发生态与地质环境问题,而且对水质产生影响.探究超采背景下地下水化学演变特征,对区域地下水资源开发利用与保护具有重要意义.本文基于2001―2020年16眼原位井长系列监测数据及2020年30组地下水水质数据,采用Piper三线... 详细信息

地下水超采不仅引发生态与地质环境问题,而且对水质产生影响.探究超采背景下地下水化学演变特征,对区域地下水资源开发利用与保护具有重要意义.本文基于2001―2020年16眼原位井长系列监测数据及2020年30组地下水水质数据,采用Piper三线图、Spearman秩相关系数法、Gibbs图、离子比值法等方法对奇台县近20年地下水化学变化特征进行了分析.结果表明:(1)超采背景下,近20年奇台县平原区矿化度(TDS)呈下降趋势,水质趋于淡化.地下水化学类型主要由SO_(4)·HCO_(3)-Ca·Mg型过渡到SO_(4)·HCO_(3)-Ca·Na和SO_(4)-Ca型.(2)2001年和2020年地下水水位与水化学特征空间变化规律具有一致性,地下水位降幅较大区域对应的Mg^(2+)、Na^(+)、Cl^(-)含量变幅也相对较大,地下水化学组分受地下水超采影响较大.(3)超采背景下,地下水埋深增大,蒸发浓缩作用减弱甚至消失.地下水化学组分受岩石风化溶滤作用和矿物的溶解与沉淀的制约影响,地下水中优势阳离子主要源于岩盐、石膏的溶解.

关键词：地下水水化学特征演变地下水超采奇台县

新疆玛纳斯河流域地下水砷氟碘分布及共富集成因

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中国环境科学 2024年第7期44卷 3832-3842页

作者：康文辉周殷竹雷米韩双宝周金龙新疆农业大学水利与土木工程学院新疆乌鲁木齐830052 新疆水文水资源工程技术研究中心新疆乌鲁木齐830052 新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室新疆乌鲁木齐830052 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心天津300304

为了更好地掌握新疆玛纳斯河流域地下水中As、F、I的分布及富集成因,通过相关性分析和地球化学模拟,分析了高As、高F、高I地下水的水化学特征及空间分布状况;结合地质条件和地下水赋存环境进一步阐明地下水As、F和I的来源、迁移与富集... 详细信息

为了更好地掌握新疆玛纳斯河流域地下水中As、F、I的分布及富集成因,通过相关性分析和地球化学模拟,分析了高As、高F、高I地下水的水化学特征及空间分布状况;结合地质条件和地下水赋存环境进一步阐明地下水As、F和I的来源、迁移与富集的水文地球化学过程.结果表明:地下水砷、氟、碘含量变化范围分别为1.13~41.35µg/L、0.06~8.02mg/L、<0.025~0.249mg/L,地下水As、F、I超标分别为62.9%、45.7%、45.7%,有31.4%的地下水砷氟碘均超标.砷氟碘共富集的地下水主要分布在玛纳斯河流域东部靠近沙漠边缘的平原区,水化学类型主要为HCO_(3)·SO_(4)·Cl-Na型.自山前单一结构潜水区至平原承压水区,地下水As含量沿流向先增大后在沙漠边缘区减小,水平方向上,地下水的淋滤作用导致南部富As岩层中的As向平原承压水区富集,且碱性条件下SO_(4)2-的还原有助于As的解吸附;地下水F含量沿地下水流向逐渐增大,在古尔班通古特沙漠边缘达到2.5mg/L.高HCO_(3)^(-)、高Na^(+)、高pH值的地下水还原环境是F从含水层基质向地下水释放的重要原因;地下水I含量沿地下水流向整体呈上升趋势,在承压水区潜水中主要受蒸发浓缩作用的影响,在承压水中主要受岩石风化作用的影响.砷氟碘共富集地下水主要分布于100~310m的承压水中.在封闭的承压含水层,碱性还原环境下矿物溶解与沉淀和水岩相互作用是地下水砷氟碘共富集的主要机制.

关键词：砷氟碘共富集成因水化学玛纳斯河流域

天山北麓中段绿洲带高砷地下水中砷的迁移转化规律

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地球科学 2024年第1期49卷 253-270页

作者：雷米周金龙周殷竹孙英韩双宝刘江涛鲁涵白凡闫志雲新疆农业大学水利与土木工程学院新疆乌鲁木齐830052 新疆水文水资源工程技术研究中心新疆乌鲁木齐830052 新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室新疆乌鲁木齐830052 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心河北保定071051

准噶尔盆地是典型高砷地下水分布的内陆盆地,地下水作为盆地重要饮用水源,区域供水安全存在风险,高砷地下水迁移转化规律有待进一步查明.以天山北麓中段绿洲带为研究区,采用半变异函数模型和UNMIX源解析模型分析该区地下水砷的分布、地... 详细信息

准噶尔盆地是典型高砷地下水分布的内陆盆地,地下水作为盆地重要饮用水源,区域供水安全存在风险,高砷地下水迁移转化规律有待进一步查明.以天山北麓中段绿洲带为研究区,采用半变异函数模型和UNMIX源解析模型分析该区地下水砷的分布、地下水化学组分源贡献;结合地质条件、赋存环境与水文地球化学作用剖析典型剖面高砷地下水中砷的迁移转化与富集影响因素.结果表明:研究区地下水整体为弱碱性、偏还原环境的淡水,As含量在ND~887.0μg·L^(-1)之间,平均值为11.2μg·L^(-1),ρ(As)>10μg·L^(-1)的高砷地下水水化学类型以HCO_(3)·SO_(4)·Cl-Na(HSL-N型)和HCO_(3)·SO_(4)-Na(Na·Ca)型(HS-N(NC)型)为主.单一结构潜水、承压水区潜水、承压水中高砷地下水占比分别为0.4%、6.4%、18.6%,高砷地下水主要富集于冲积平原深度100~300 m的承压含水层中.原生矿物源、岩盐矿物源、土壤输入-人为排放源、硫酸-碳酸岩盐矿物源和环境影响源对地下水水化学组分贡献率分别为11.3%、21.1%、23.1%、23.4%和21.1%.25组典型剖面地下水样中,24组地下水砷形态为As(V)(占取样点的96.0%).沿着地下水流向,从山前倾斜平原到冲积平原,地下水总As含量呈先增大后减小的变化趋势.地下水砷富集不仅受到赋存环境中pH、Eh、HCO_(3)^(-)和PO_(4)^(3-)等水化学指标的影响,还与地质条件、水文地质条件、有机质降解和溶滤作用等因素有关.

关键词：高砷地下水空间分布源解析迁移转化水文地质

新疆喀什噶尔河下游平原区地下咸水中碘形态及碘富集成因

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地球科学 2024年第2期49卷 781-792页

作者：孙英周殷竹周金龙鲁涵葛婷婷纪媛媛新疆农业大学水利与土木工程学院新疆乌鲁木齐830052 新疆水文水资源工程技术研究中心新疆乌鲁木齐830052 新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室新疆乌鲁木齐830052 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心河北保定071051 新疆农业职业技术学院新疆昌吉831100

新疆喀什噶尔河位于典型的干旱-半干旱区,河流下游平原区地下水溶解性总固体(TDS)和碘含量异常,严重威胁当地用水安全.以喀什噶尔河下游平原区为研究区,通过对地下水水化学特征、Cl/Br摩尔比、氢氧稳定同位素、赋存环境与水文地球化学... 详细信息

新疆喀什噶尔河位于典型的干旱-半干旱区,河流下游平原区地下水溶解性总固体(TDS)和碘含量异常,严重威胁当地用水安全.以喀什噶尔河下游平原区为研究区,通过对地下水水化学特征、Cl/Br摩尔比、氢氧稳定同位素、赋存环境与水文地球化学作用的分析确定该区地下咸水中碘的分布与碘富集的影响因素.结果表明,研究区地下水碘含量变化范围为<0.40~435.00μg/L(均值为123.50μg/L),其中潜水和承压水碘含量均值分别为58.75μg/L和188.25μg/L,高碘水占比分别为25.0%和75.0%,水化学类型主要为Cl·SO_(4)型和SO_(4)·Cl型.地下水TDS变化范围为3079.13~15249.50 mg/L,主要为中性至弱碱性咸水(87.5%),其次为盐水(12.5%).碘元素的存在形态主要为I^(-)(87.5%),其次为IO_(3)^(-)(12.5%),且无共存形态,亚氧化环境和亚还原环境分别利于碘元素以IO_(3)^(-)和I^(-)形态存在.高TDS、细粒岩性、平缓的地势、地下水浅埋条件及碱性环境均有利于地下水碘的富集.潜水碘富集主要受蒸发浓缩作用和蒸发岩溶解作用的影响,承压水碘富集主要受还原条件下含铁矿物的溶解和冲积-湖积物的影响.Cl^(-)与Cl/Br摩尔比值表明高碘潜水受到一定程度蒸发浓缩作用的影响.

关键词：高碘喀什噶尔河地下水咸水碘形态水文地球化学作用

基于熵权-模糊综合评价法的无人机多光谱春玉米长势监测

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农业机械学报 2024年

作者：赵经华马世骄房城泰新疆农业大学水利与土木工程学院新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室兵团水土保持与水利发展中心

为实现春玉米长势的快速监测，实时掌握田间作物的生长状况。本文以新疆克拉玛依地区种植的春玉米作为研究对象，利用无人机多光谱影像对春玉米进行长势监测。基于地面采集的春玉米叶片叶绿素含量、叶面积指数、地上部生物量和株高等数... 详细信息

为实现春玉米长势的快速监测，实时掌握田间作物的生长状况。本文以新疆克拉玛依地区种植的春玉米作为研究对象，利用无人机多光谱影像对春玉米进行长势监测。基于地面采集的春玉米叶片叶绿素含量、叶面积指数、地上部生物量和株高等数据，结合熵权法(EWM)和模糊综合评价法(FCE)建立综合长势指标CGMIEWM和CGMIFCE。通过无人机遥感影像数据构建光谱指数，并利用皮尔逊相关性分析法和方差膨胀因子确定模型最佳输入变量。采用偏最小二乘法(PLS)、随机森林回归(RF)及粒子群算法(PSO)优化RF模型建立春玉米长势反演模型，结合模型精度评价指标，最终确定春玉米空间影像长势分布图。结果表明，以CGMIEWM和CGMIFCE构建综合长势指标的相关性均高于单一长势指标的相关性；利用CGMIFCE长势指标结合PSO-RF模型反演春玉米长势的效果最优，其决定系数(R2)为0.823，均方根误差(RMSE)为0.084，相对分析误差(RPD)为2.345；研究区春玉米长势集中在生长正常(ZZ)等级，说明全区春玉米长势较为稳定。研究结果可为春玉米的田间管理提供科学依据，为精准农业的发展提供数据基础。

关键词：春玉米熵权法模糊综合评价法综合长势指标

三塘湖-淖毛湖地区地下水水质评价及PMF溯源解析

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环境科学学报 2024年第6期44卷 185-192页

作者：白云峰曾妍妍周金龙新疆农业大学水利与土木工程学院乌鲁木齐830052 新疆水文水资源工程技术研究中心乌鲁木齐830052 新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室乌鲁木齐830052

基于三塘湖-淖毛湖地区2022年地下水水质数据,运用描述性统计分析和Durov图开展了地下水水化学特征分析,采用基于熵权的水质指数法分别对潜水、承压水进行水质评价,并结合正定矩阵因子分解模型、Gibbs图、离子比值等方法进行水质影响因... 详细信息

基于三塘湖-淖毛湖地区2022年地下水水质数据,运用描述性统计分析和Durov图开展了地下水水化学特征分析,采用基于熵权的水质指数法分别对潜水、承压水进行水质评价,并结合正定矩阵因子分解模型、Gibbs图、离子比值等方法进行水质影响因素的溯源分析.结果表明:研究区地下水整体为弱碱性淡水,地下水水化学类型主要为HCO_(3)·SO_(4)型.地下水EWQI(基于熵权的水质指数)值为22.57~115.59,潜水和承压水中水质优良的水样占比分别为70.6%和77.8%.研究区地下水化学组分的形成主要受到岩石溶滤-蒸发浓缩(47.2%)、弱碱性水环境(35.2%)和农业活动(17.6%)的影响,其中以蒸发盐岩和硅酸盐岩的溶解作用为主,弱碱性地下水环境促进了阳离子交替吸附作用,导致地下水中盐分不断富集,频繁的农业活动是研究区地下水中NO3-的主要来源.

关键词：地下水水质评价溯源解析三塘湖-淖毛湖地区