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    主动服务“海南生态文明试验区”“海洋强省”建设,自2022年起,中国地质调查局海口海洋地质调查中心(以下简称“海口中心”)开展海南岛昌化江流域生态修复支撑调查项目,着力查明昌化江流域生态地质条件、水土流失、侵蚀淤积等主要生态地质问题,识别生态安全风险,逐步建立“调查-监测-评价-修复”服务模式,为昌化江流域生态保护与修复、国土空间规划与利用提供地质支撑。

    项目团队拍摄的昌化江流域部分区域植被情况

    边学边干 支撑生态修复措施提出

    海南岛昌化江流域生态修复支撑调查项目是海口中心转制以来实施的第一个生态类项目,项目周期为2022年-2024年。

    “我们团队缺少经验,只好边学边干。一年多的时间,我们都集中精力在昌化江流域中下游开展生态本底调查研究。”项目带头人、探矿工程高级工程师李习文说道。项目组积极对接海南职能部门,收集资料进行学习,在开展实地调查过程中,还经常请教中国地质科学院岩溶地质研究所、中国地质大学(北京)等科研院所的专家。

    工作、学习两手抓。在野外调查期间,项目组多次线上请教中国地质大学(武汉)教授,并邀请教授学者实地指导项目组运用遥感解译、模型反演等多种技术手段查证流域生态地质问题、分析成因机理。项目组基于遥感动态监测数据分析流域土地利用现状及变化,发现2017年以来昌化江流域植被覆盖较好,矿山面积有所减少,废弃矿山的修复效果较好,主要得益于海南省落实严格的生态保护举措。

    此外,基于遥感动态监测数据,项目组利用中国土壤流失方程CSLE计算,分析出流域水土流失程度、面积、分布和变化,发现昌化江流域存在不同程度的水土流失问题。项目组针对流域的成土母质、地形地貌、植被覆盖、降雨、气候等因素进行调查研究,发现流域风化层松散,中上游降雨丰富,雨水侵蚀持久,下游降雨集中量大,侵蚀作用强,加上流域大部分地区以农业为主,沿线种植果园,人类对土壤改造频繁,存在土壤裸露和植被破坏现象,导致水土流失相对突出。

    为了准确掌握流域下游河流两侧地层产状及含水层分布情况,查明地下水补充方式,分析河水径流量对地下水的影响,项目组在昌化、三家、四更3个镇实施探采结合井10口,揭露调查区基岩为花岗岩,查明了15米以上的浅层含水层分布情况,经水质检测及综合分析,昌化江两侧地下水存在径流补给形式,但影响范围较小,主要在河流两侧1千米以内,河口因海水倒灌,导致两侧少部分土地盐渍化。

    “这些调研成果为后续提出相应的生态修复措施提供了很重要的参考依据。”李习文表示。

    乘风破浪 解密沉积成因机理

    河口淤积,不仅会影响船舶通行妨碍渔业发展,还会影响河口生态,造成河口岸线的侵蚀加强。项目团队在昌化江河口布设了55个取样点位来采集海水样和沉积物样本,检测昌化江河口区域水质,分析河口沉积物来源,沉积成因机理。

    项目团队在取样调研

    “我们租用居民的小渔船,凌晨5点上船,一出去就是一整天。”李习文说,河口工作区水深在1-10多米不等,2人徒手将20多斤重的沉积物采样抓斗拉上来很是吃力。有时河口和海上风浪大,船小而颠簸,队员们会出现晕船现象。为完成任务,他们在船上每天只补充少许干粮,两天下来大家都晒得黝黑。

    “前期我们沿着昌化江流域海岸线徒步走了75千米,设置了61个控制点,调查防护林和海岸侵蚀淤积状况。”项目团队成员张士友说,为了更进一步掌握河口水底地形地貌、海水流速流向变化情况,团队在河口设置了2站位的定点海流观测和60千米的单波束测量。

    他们在船上作业,不是早出晚归,就是挑灯夜战,有队员调侃道:“以前一直想看日出日落都没实现,参加野外调查竟一次圆梦。”

    在查证海岸线侵蚀淤积变化情况时,项目团队设置了10余条岸滩剖面监测点,选择潮位最低时进行RTK测量线上固定点位高程。项目组经过多种手段实地调查,结合遥感等数据综合分析发现,昌化江河口侵蚀淤积比较严重,流域水土流失较为突出,降雨后携带大量泥沙至河口,中上游多处水库、发电站蓄水,平常下游水量小,入海口海水倒灌,海水与河水交汇受影响,河口三角洲、沙嘴地貌发育,从而形成河口淤积。

    “河口淤积带来的问题比较复杂,不仅会导致河水与海水交换削弱,让近岸红树林出现退化,还会影响当地渔业发展和行船安全。”张士友说。

    对接需求 坚持调查与公益并行

    经过一年多的调查,除了初步掌握昌化江流域水土流失、河口淤积、近岸侵蚀等现状外,项目团队还基本查明了流域地形地貌、地层岩性、成土母质、土壤类型等生态地质条件,为开展昌化江流域生态地质区划,进行流域生态地质评价提供了数据支撑。

    目前,项目组联合海南省水文水资源局,拟借助昌江县保桥水土流失监测站,利用现有的“径流小区”(对坡地水土流失规律和小流域水土流失规律进行定量研究的一种测验设施),加强对昌化江流域水土流失的长期监测,分析不同坡度、植被覆盖度、降雨等多种因子对水土流失的影响,以便基于实验结果提出生态治理和修复的方案。

    项目组建立了下游泥沙模型,提出护水土和清淤等河口淤积治理措施,将有力支撑昌化江河口生态修复及昌化一级渔港建设;初步构建了热带雨林区生态修复综合调查技术指南,逐步建立“调查-监测-评价-修复”服务模式,为持续开展热带雨林区生态保护修复提供技术支撑。

    与此同时,项目组还积极对接地方,开展公益服务活动,完成海南琼中黎母山镇天然富硒地块调查及省级推荐评价,初步圈定无公害富硒地5342亩,助力琼中特色农业发展和乡村振兴;在昌化、三家、四更3个镇实施探采结合井10口,解决了1000余人饮水和100余亩农作物灌溉用水问题。

    下一步,团队将继续对昌化江流域上游,尤其是对热带雨林生态多样性情况进行调查研究,按下生态调查“快进键”,开启海洋地质调查新征程,为服务“海南生态文明试验区”和“海洋强省”建设谱写新时代地质人的华美篇章。

    让天更蓝 山更绿 水更清

    6月7日,国家地下水监测工程(华北区)全面完成子项目资料与野外验收,这标志着黄淮海平原、汾渭河谷盆地地下水监测网络正式建成并投入运行。此区域地下水监测网的建立,可及时获取水位、水温、水质等地下水动态监测数据,分析研究地下水超采、质量和污染状况以及由此引起的环境地质问题,实现对黄淮海平原和汾渭河谷盆地地下水动态评价,为华北地区水文地质调查评价和地下水演化研究提供可靠的基础数据,为地质灾害防治和地质环境保护提供坚实支撑,为自然资源管理、水资源利用与保护、生态文明建设和雄安新区开发等国家重大战略决策提供及时服务。

    据介绍,国家地下水监测工程(华北区)包括北京、天津、河北、山西、江苏、安徽、山东、河南8省(市),共建设地下水监测站点3325个,钻探进尺291509米,完成3325台套一体化地下水自动监测仪安装与录入,改建了郑州地下水均衡试验场和秦皇岛地下水与海平面综合监测站。

    各省(市)在工程建设过程中,不仅建立了一批层位清晰、手段先进的地下水监测站点,获得了数据真实、内容详实、整理规范的资料,而且产生了一系列创新性技术和管理成果。一是江苏省地质调查研究院将监测数据成功服务于盐城-南通段高铁线路等重大工程建设;二是河南省地质环境监测院完善了孔口保护装置施工工艺,已申请实用新型专利;三是山东、河南、山西以国家地下水监测工程为契机,已逐步建立或即将立项开展省级地下水监测工程;四是郑州地下水均衡试验场开展地下水均衡要素观测,定量研究华北平原降水入渗补给深度、补给量、潜水蒸发极限深度和蒸发量等参数。秦皇岛地下水与海平面监测站可开展海平面综合研究,能够同时监测潮汐、温盐、气象、地下水等要素。

    黄淮海平原、汾渭河谷盆地地下水监测网络开始运行

    为了提高地调局环境监测院业务人员的科技创新能力,把“用科技创新改造、支撑、引领地质调查工作”的指导思想落到实处,近日,环境监测院先后邀请香港大学岳中琦教授、联合国教科文组织水资源学院周仰效教授为业务人员作学术报告,开展学术交流。

    10月16日,岳中琦教授以“科技原始创新的思维方法探讨”为题,通过他三十年多来的学习与研究经验和体会,结合实例演示,生动形象地分析、阐明了常规思维法和科技原始创新思维方法的不同,何为原始科技创新,以及怎样才能做到原始科技创新。

    10月17日,周仰效教授以“鄂尔多斯地下水与地表水相互联系及植被对地下水的依赖”为题,以定量研究海流兔河流域地下水与地表水之间的相互联系、当地典型农作物和植物对地下水的依赖程度为例,向与会人员展示了如何用科学的态度选择和确定研究目标、研究思路、研究方法、寻求科学答案,并如何利用科学研究成果为当地经济社会发展提供支撑和服务。

    环境监测院始终把加强地质科技创新和人才队伍建设放在重要位置,组织学术交流活动是践行科技创新精神、加快人才培养的主要手段之一。2017年,环境监测院已成功举办8次学术交流活动,邀请专家涵盖美国、德国、瑞士、荷兰等国家及香港地区,交流范围涉及地下水监测、水文地质调查、地下水含水层利用、地质灾害风险评估、监测仪器设备应用、国际合作成果等,为科研人员创造了一个良好的国际学术交流平台,极大调动了青年人钻研业务知识、做好地质工作的积极性和主动性。

    岳中琦教授作报告

    周仰效教授做报告
    环境监测院组织学术交流活动


    学科带头人:夏日元 研究员

    一、研究背景

      1、岩溶地区经济发展缓慢(贫困)、生态环境恶化,水资源未能有效利用是主导因素之一;

      2、岩溶地区孔、隙、缝、管、洞并存,岩溶地下水流运动规律复杂,时空分布极不均匀,导致水资源的调查、研究和开采利用都存在一定难度。

    二、社会需求

      1、岩溶水资源分布规律、控制因素、开发潜力亟待查明;

      2、岩溶水资源调控与有效开发利用优化模式有待建立;

      3、水资源可持续利用与生态建设、经济发展的协同途径需要探索。

    三、科技创新思路

      以地球系统科学为指导,以水土资源的有效开发利用为切入点,综合运用岩溶动力系统调查与监测、遥感(RS)与地理信息系统(GIS)一体化技术、地下水示踪技术以及物理与数学耦合模拟试验,开展岩溶地下水循环机制与水资源演化规律、不同岩溶环境类型水资源开发利用优化模式等研究,进行地表与地下水资源联合调蓄、节水灌溉和生态重建示范,探索符合生态环境良性发展的水土资源利用与农村生态经济可持续发展模式。

    四、技术路线

      1、通过水文地质调查,查明不同岩溶环境类型区地下水循环的主要过程与演化特征

      包括不同时空尺度(区域性与单元流域)下大气降水 、地表径流、地下水及生物的水循环全过程特征,相互转化规律与机制,水文循环演化对地下水资源的形成、变化的作用机制,岩溶水资源的控制因素与分布规律,岩溶水资源类型划分等。

      2、通过地下水动力试验和综合研究,提出岩溶地下水开发潜力评价的理论方法,进行岩溶水资源可持续利用能力评价

      包括多重岩溶含水介质结构与水流运动规律定量研究,非线性快速流、管道多相流等复杂水流运动的模拟与评价模型,表层岩溶带结构、功能与水循环机制研究,水资源可持续利用能力评价理论与方法等。

      3、通过地下水开发利用示范,建立不同岩溶环境类型区岩溶水资源有效开发利用优化模式。

      鉴于岩溶地下水资源在时空分布上不均匀,浅部涵水调节能力差,因地制宜,采取合适的水资源调节措施,堵洞蓄水、暗河截流、大泉壅水、钻井、大口井、斜井等多种开发方式相结合,是地下水资源有效开发利用的关键。对地表水与地下水联合调度、综合利用进行攻关,同时研究水资源开发利用与环境、社会、经济协调关系,探索水资源开发利用、生态环境保护和经济发展协同模式。

    五、工作开展情况

      1990-2002年,开展了“西南岩溶山区典型流域水资源保护示范”、 “西南典型石漠化地区地下水调查与地质环境综合整治示范”,国土资源部科技攻关项目“表层岩溶带调蓄与生态重建试验示范(20010303)”,国家科技攻关项目“广西岩溶区水资源有效开发利用研究与示范(2002BA901A13)”,广西科技攻关项目“热带、亚热带岩溶地区生态重建及桂中旱片治理技术开发(桂科攻0133001)”,原国家计委科技攻关项目“滇黔桂湘岩溶贫困区岩溶水有效开发利用规划建议与开发示范”等。

      2003—2015年,中国地质科学院岩溶地质研究所联合8省(区、市)地矿局和大专院校等30多家单位,开展了“西南岩溶地区地下水与环境地质调查综合研究”、“西南岩溶石山地区地下水及环境地质调查”、“西南岩溶地区水文地质环境地质调查”和“南方岩溶水文地质环境地质综合调查与整治示范”。

    六、工作进展与团队建设

      完成中国岩溶区1:25万水文地质调查78万平方千米,组织开展了岩溶区1:5万水文地质调查25万平方千米,查明了3066条岩溶地下河的分布,评价岩溶区地下水资源可开采量达600亿方/每年。组织实施了西南、华北岩溶区应急抗旱找水打井行动,施工探采结合井2300多眼,解决了520万人的干旱缺水问题。主持国际对比(IGCP)513“岩溶含水层与水资源”项目,创立了“五水”(大气水、地表水、土壤水、表层岩溶水、地下河水)循环模型,有力支撑了岩溶水资源合理开发利用。

      建成了“岩溶水文地质—桂林丫吉试验场”和“岩溶地下河系统—海洋寨底试验基地”国土资源部野外科学观测研究基地,通过人才培养与业务团队建设,在西南岩溶地区形成了600多名技术人员组成的稳定的岩溶水文地质环境地质调查研究队伍。

    七、成果应用

      2003-2015年,在西南岩溶地区,针对不同类型区水文地质特点和地下水开发利用条件,采取堵洞蓄水、暗河截流、大泉壅水、钻井、大口井、斜井等多种方式,开展了岩溶地下水开发利用示范。实施岩溶地下河和大泉开发利用工程12处,表层岩溶水调蓄20余处,开挖浅井50多口,岩溶蓄水构造钻探成井300多眼,解决了100多万人饮用水和50多万亩耕地灌溉用水问题。

      (1)贵州平塘县巨木地下河拦蓄和提引工程

      在巨木地下河出口处筑坝拦蓄地下水,形成库容63万立方米的地下水库,抬高水位20米,建设水电站1座。解决了塘边镇5000多人和10000头大牲畜的饮用水以及6000亩农田灌溉用水问题。促进了粮食产量提高,水稻增收90.0万公斤/年,油菜增产8.82万公斤/年,年经济收入145 万元。



    贵州平塘巨木地下河筑坝拦蓄工程

      (2)云南泸西盆地皮家寨岩溶大泉束流调压壅水工程

      在泸西县皮家寨大泉,采用防渗束流和调压壅水措施,建成引水自流灌溉工程,将泉口水位壅高4.4米,供水量6万立方米/日。既解决了泉口下游8000亩耕地的排涝问题,又解决了2000亩水稻、1000亩烤烟、1000亩除虫菊的灌溉用水困难,还改善了泸西盆地东部边缘25000亩耕地的灌溉以及东沟沿线15000人的生活用水条件。2011年,利用束流调压池建成了冷水鱼养殖场,年产值达到100多万元。



    云南省泸西盆地岩溶大泉束流调压壅水开发示范工程

      (3)广西都安峰丛洼地表层岩溶带调蓄工程

      在广西都安县三只羊示范区,在表层岩溶泉和坡面流汇集的山凹部位,分散修建蓄水池7处,采用滴灌技术,满足果树和药材基地的用水需要,建立了峰丛岩溶区立体生态农业模式和名特优果树基地。生态恢复与经济建设相结合,当地居民人均年收入增加了1200多元。



    广西都安县三只羊表层岩溶带调蓄水柜与药材基地

    八、学科带头人

      夏日元,男,1963年6月出生,博士,二级研究员。1988年起从事岩溶水文地质研究工作,长期担任岩溶资源研究室主任。近几年承担完成了“岩溶地区水文地质环境地质综合调查”、“南方岩溶水文地质环境地质综合调查与整治示范”、“西南岩溶石山地区地下水及环境地质调查”、“西南岩溶地区水文地质环境地质综合研究与信息系统建设”、“典型岩溶地下河系统水循环机理监测与试验”等40多项调查研究项目。在岩溶含水介质结构与水流运动规律定量研究、岩溶水资源评价和有效开发利用模式研究方面取得了新进展,为严重缺水贫困地区经济社会发展提供了技术支撑。建成了国土资源部野外科学观测研究“岩溶地下河系统—广西海洋寨底试验基地”,建立了岩溶水文地质调查研究方法体系。发表论文50余篇,出版专著4部。《广西峰林平原大农业与地下水开发示范研究》(2007年)、《碳酸盐岩缝洞系统模式及成因研究》(2013年)等成果获得国土资源科学技术二等奖。

      
       
    岩溶地下水循环机制与水资源可持续利用研究

    2018年8月9日,法国国家科研中心水文地质研究所、法国岩溶水文地质研究协会理事王晓光博士到自然资源部中国地质调查局岩溶地质研究所开展学术交流与研讨。

    岩溶所研究员带领王晓光博士先后参观了甑皮岩国家考古遗址公园和自然资源部野外科研基地-桂林丫吉试验场,并介绍了岩溶水文地质研究的进展。双方围绕岩溶水文地质以及岩溶研究的新方法和新技术展开了交流与讨论。

    王晓光博士为岩溶所科技人员做了题为“水力层析成像技术(Hydraulic Tomography)研究进展及其在裂隙和岩溶含水层中的应用”以及“岩溶裂隙演化初期的水流结构”的学术报告。报告中介绍了水力层析法的特点,以及反演岩溶缝洞系统水文地质参数方面的进展;重点介绍反演模型在算法上的改进,以及通过获得渗透系数和储水率建立岩溶缝洞系统结构的解析过程。与会人员一起探讨多孔介质结构研究中采用地球物理和示踪试验等方法以应用于模型验证的可能。

    报告提出了水力层析法在岩溶介质方向的发展前景,将更深入地理解单个溶蚀裂隙的形成机制;在野外场地的应用中,结合水化学观测,研究由断层、裂隙及节理构成的网络系统中岩溶的形成机制。参会的科技人员就有关问题进行了交流与讨论。

    此次交流为岩溶的定量研究以及岩溶水建模提供了很好的参考。

         参观丫吉试验场ZK6分层监测系统 

     参观甑皮岩国家考古遗址公园 

    法国国家科研中心水文地质研究所到岩溶所开展学术交...

    日前,中国地质调查局青岛海洋地质研究所研制的“海底烃类渗漏模拟实验装置及其实验方法”获国家发明专利,专利号ZL201510121672.2。   

    据悉,该发明专利涉及一种能够模拟海底烃类渗漏的模拟实验装置和一套实验方法。模拟实验装置由地质模拟系统、烃源控制系统和成分变化监测系统三个单元构成。其中地质模拟系统采用的实验柱体内部由自下至上由模拟盖层、海底沉积物层和顶部海水充填,烃源控制系统包括模拟储层和高压烃源及其控制装置构成,成分变化监测系统由多个采样探头和采样口,以及测试仪器构成。   

    该装置可定量研究烃类气体在海底油气渗漏过程中含量、分子组成和同位素组成变化特征,揭示烃类气体渗漏路径和控制因素,获取重要的实验参数和数据,为海洋油气地球化学勘查成果分析和解释提供实验依据,同时也为油气渗漏区海底表层生态环境变化研究提供新的途径。

      

    海底烃类渗漏模拟实验装置及其实验方法获国家发明专...

        中国地调局成都综合所承担的地质调查项目“工艺矿物定量分析系统(MLA)测量方法及应用研究”取得显著成果,解决了我国复杂难选冶矿石的工艺矿物定量分析难题。该方法代替了以往人工复杂和繁琐的定量分析工作,提升了矿样统计效率和检测精度。

     

        MLA矿物参数自动定量分析系统,是目前世界上最为先进的工艺矿物学定量自动检测系统之一。它基于电镜采集样品的背散射图像数据,结合能谱的成分识别功能,形成对矿物的自动识别鉴定、完成矿物从形貌到组成成分的自动测试。

     

        科研人员选用了具有复杂多金属共生特点的四川杨柳坪镍铜多金属共生复杂硫化矿石,以及产于攀西地区的钒钛磁铁矿矿石进行试验研究。通过MLA系统,快速进行了不同条件下矿样制备分析对比试验,确定了经济合理的制样结果方案。

     

        通过MLA电镜条件下不同亮度、对比度以及不同放大倍数的检测应用试验,科研人员发现对于图像放大倍数试验,其放大倍数不同所相对应的矿物分辨精度亦不同,在采用MLA检测中亦需要根据检测的目的选择适合的放大倍数。

     

        在MLA数据库建立试验中,科研人员根据丹巴镍铜矿的矿物组成特点建立了丹巴镍铜矿的MLA-std数据库和攀枝花钒钛磁铁矿的MLA-std数据库,以及适合于冶炼矿渣的攀钢熔分渣MLA-std数据库;各数据库在应用中其检测到的未知(unknow)和无效(invalid)的含量(面积比)在0.05%以内,达到了较高的检测精度。再需要建立MLA-database数据库,该数据库是将检测到的矿物转化为通用矿物的数据库,本试验对试验样品分别进行了该数据库建立,实现了从检测成分到目标矿物的转化。

     

        试验样品的MLA检测结果表明:通过MLA定量分析系统,能快速准确检测矿石中各种矿物的含量情况,是以往采用光学显微镜定量所难以办到的。同时采用MLA定量分析,可以清晰的查找出检测样品中各种矿物及颗粒的形貌、粒度、组成以及矿物间连生关系等数据,为定量研究矿石的可利用打下了基础。

     

    复杂难选冶矿石工艺矿物定量分析有了先进方法