吸附状态下钉螺起动流速的试验研究

为防止钉螺随河渠水系扩散,必须研究动水中钉螺运动规律,通过试验研究测试了钉螺吸附在水槽底和边壁上时的起动流速;应用河流动力学和生物力学理论推导了吸附状态下钉螺起动流速公式;研究分析了影响钉螺起动流速的各种因素。结果表明,由于钉螺具有较强的吸附能力,它在开厣吸附状态下的起动流速要远大于它在闭厣无吸附状态下的起动流速,但由于钉螺生物特性个体差异较大,吸附状态下钉螺的起动流速有一个较大的变化范围。     

刚性植被区域床面泥沙起动特性

为研究植被环境中床面泥沙起动特性,以天然河道中的植被及沙床为原型,对刚性植被环境中床面形态变化及泥沙起动规律进行了试验研究,并采用单位床面空间平均流速表述植被环境中泥沙的起动流速。研究结果表明,淹没植被条件下动床床面泥沙运动可分为3个阶段,即静止、部分起动及全部起动阶段,定义第3个阶段为刚性植被环境中泥沙起动的标准;推导的淹没刚性植被环境中的泥沙起动流速半经验函数关系式可以表述植被环境中泥沙起动特性,其中植被因子F_v对泥沙起动的影响最明显;植被密度一定时,植株周围冲坑深与空间平均流速成线性关系。研究认为采用植被环境中单位床面空间平均流速表述泥沙起动特性的方法是可行的。     

尼洋河表层沉积物中TP、TN空间分布特征研究

采用现场调查、布点监测和实验室化学性质分析等方法,对西藏尼洋河流域表层沉积物中TP、TN含量进行调查,分析其来源和污染程度。结果表明：尼洋河上覆水中TN平均浓度为0.47 mg/kg, TP总体平均浓度为0.06 mg/kg;表层沉积物中TN平均浓度为421 mg/kg, TP总体平均浓度为445 mg/kg,通过空间分析呈现出先降低后增加在降低的趋势,不同采样点TP、TN的空间分布差异较明显。对沉积物和上覆水中TP、TN的相关性分析,表层沉积物中与上覆水中TP、TN主要来源基本相同。对层沉积物中TP、TN含量的污染评价,尼洋河表层沉积物中TP、TN暂时不具有生态风险的危害效应,对环境产生的危害较小。     

沉水植物黑藻对上覆水中各形态磷浓度的影响

室内模拟研究了沉水植物黑藻对上覆水中不同形态磷浓度的影响及其季节性变化,并从沉水植物生长、间隙水和碱性磷酸酶活性(APA)三方面进行了讨论,进一步揭示磷在浅水湖泊水-沉积物界面的交换机理。结果表明,在本研究条件下,上覆水中各形态磷以溶解性总磷(DTP)为主,其他形态磷浓度变异较大,黑藻降低了上覆水中总磷(TP)、溶解性活性磷(SRP)和DTP浓度,也降低了DTP和SRP占总磷的比例,从而使颗粒态总磷(PP)和溶解性有机磷(DOP)占总磷比例升高。黑藻主要通过吸收上覆水中的磷和抑止沉积物、上覆水中APA使上覆水中各形态磷浓度保持较低水平,其中对SRP和DTP浓度的影响更明显。上覆水中各形态磷浓度呈现明显的季节性变化。在7～8月,TP、SRP和DTP浓度呈下降趋势,并在8月达到最低值;9～10月间有所升高,但仍然维持在较低水平,不同采样时间存在波动。     

急陡沟道泥石流起动特征模型试验研究——以汶川县福堂沟为例

急陡沟道泥石流是汶川震区发现的一类特殊泥石流,调查发现其具有物源量大、侵蚀强烈,冲出规模大等特点,是震区地质灾害治理的难点。本文以汶川县典型急陡沟道泥石流福堂沟为原型,分析了其发育条件和特征,并通过模型试验等手段,还原并分析了急陡沟道泥石流起动及形成的过程,以及相应的土体内部参数变化特征。试验显示在20°、25°、30°的坡度和480mL/s、410mL/s、360mL/s的径流量的试验条件下,泥石流分别以不同的方式起动(沟床侵蚀型、滑坡流态化起动型、消防管起动型),同时结合实验过程中土体内部孔隙水压力及体积含水率变化特征的研究,详细还原了相应的泥石流起动全过程。试验数据的分析结果显示,在不同的起动方式下,土体内部的数据变化表现出不同的特征:其中,不同试验条件下的泥石流起动孔隙水压力呈现出规律性差异,即水槽坡度、径流量越大,泥石流所需的起动力越小;此外,坡度越大,土体所需的饱水时间越长,而在相同坡度下,流速越大,预饱水时间越短;研究还发现,泥石流的爆发时间与沟床坡度呈反比,并且径流量越大,泥石流持续时间也越长。基于实验结果,通过相似理论计算得到的泥石流起动流速,与实际情况一致,表明本的研究结论可为汶川震区急陡沟道泥石流的研究提供参考。     

高岭土颗粒的絮凝沉降试验研究

粘性细颗粒泥沙在盐水中会产生絮凝。影响其絮凝的因素很多,矿物组成是其中的一个重要因素。选取高岭土作为研究对象,通过一系列试验得出所研究的高岭土的中值粒径为0.0084mm,最佳絮凝盐度为13‰,起动流速为8.5 cm/s~10 cm/s,由试验数据分析得出高岭土在不同流速条件下的淤积量以及淤积百分比,既而确定其不淤流速为40 cm/s。     

模拟扰动条件下太湖沉积物的再悬浮特征

采用沉积物再悬浮振荡器在0.2~0.5N/m2的切应力和60~1800s的持续振荡时间下,对太湖沉积物原状芯样的再悬浮特征开展模拟实验研究,揭示切应力大小和外力作用时间对沉积物再悬浮的影响。实验结果表明,振荡初期,上覆水中悬浮物浓度上升速率较快,随振荡时间延长,上升速率减缓,浓度趋于稳定;且浓度上升速率随切应力增加呈显著增大趋势。此外,悬浮物沉降通量随振荡时间而增大,而再悬浮通量呈相反变化趋势,两者的时间变化曲线逐渐接近,最终达到动态平衡。室内模拟试验观测值与太湖现场观测结果的对比表明,该模拟装置能够在室内可控条件下较好地反映太湖沉积物再悬浮特征。     

波流作用下太湖水体悬浮物输运实验及模拟

利用室内外实验和数学模型对波浪和湖流共同作用下太湖水体悬浮物输运过程进行了研究.结果表明:当太湖日平均风速在2~8m/s时,水体悬浮物再悬浮通量与平均风速符合正相关关系;太湖悬浮物沉降属于絮凝沉降.悬浮物浓度较低时,其沉降速率与浓度无明显的相关关系;而浓度较高时,沉降速率随浓度升高而增大.悬浮物浓度和沉降速率符合Logistic函数;将太湖湖流模型和波浪模型耦合,有效地反映了太湖的水动力过程;在太湖悬浮物模型中,引入底泥起悬条件,将底泥的起悬量与沉降量分开处理,有效地模拟了太湖悬浮物的输运过程.模拟结果表明太湖悬浮物沿岸区域受湖流的影响较大,湖心区域受波浪影响较大.     

城市重污染河道环境因子对底质氮释放影响

以苏州市古城区劣Ⅴ类水体为研究对象,利用模拟试验方法,研究和探讨了水体环境条件(DO、Eh、pH值、温度)变化和疏浚深度对河道底泥氮释放的影响.底泥供试样中NH₄+-N与NO₃--N含量一般为0.277 g/kg与0.0012g/kg,上覆水体NH₄+-N与NO₃--N含量一般为6.743 mg/L与1.500 mg/L.试验结果表明:厌氧环境(DO<0.5 mg/L)、强还原环境(Eh<-108 mV)、酸性环境(pH<6.0)及温度升高均有利于底泥中NH₄+-N的释放,NO₃--N的迁移转化规律则相反;供试样控制疏浚深度5 cm、10 cm、15 cm、20 cm,当疏浚深度15 cm时,泥-水界面向上覆水体中扩散的氮通量最小;疏浚深度、DO和Eh对底泥NH₄+-N释放程度的影响大于pH和温度,通过曝气等方式保持水体中适当的溶解氧或使底泥保持较强的氧化电位环境可以有效抑制底泥中NH₄+-N的释放.     

太湖疏浚前后波浪扰动下的底泥再悬浮特征

在室内波浪水槽中,研究不同底泥容重、不同波浪动力条件下底泥的再悬浮特征.结果表明:静止状态下,水体垂向悬浮物浓度差别不大,小波作用时底泥未普遍起动,各层悬浮物浓度增加不明显.随着大波浪的作用,底部切应力远大于底泥起动临界切应力,水体悬浮物浓度急剧增加,10 min内悬浮物浓度增加10 ～ 15倍,60 min内再悬浮量...     

The characteristic and environmental pollution records of phosphorus species in different trophic regions of Taihu Lake, China

Total organic carbon (TOC), Total nitrogen (TN) and the phosphorus species concentrations of sediment cores taken from Zhushan Bay, Meiliang Bay, and East Taihu Lake regions in Taihu Lake, a large shallow lake in China, were determined. Experimental results showed a conspicuous eutrophication trend in the northern area of Taihu Lake. Inorganic P was found to be the main phosphorus form. Fe-bound P accounted for the largest proportion of Inorganic P in Meiliang Bay, an alga-type lake region. In East Taihu Lake, a macrophytic lake region, Ca-bound P was found in higher proportions than in other lake regions, with Organic P present in similarly large proportions. With respect to Taihu Lake sediment cores, the date at approximately 20 cm layer depth was roughly identified as 1950s, while upper 5 cm layers corresponded to the turn of the century. The drastic increase in phosphorus species concentration except for Ca-bound P was indicative of the large quantities of effluent discharge into Zhushan Bay owing to the increased industrial and agricultural production from the 1950s onwards. TN, Inorganic P, Organic P, and total phosphorus (TP) concentrations increased by over 2, 2.5, 2 and 2.5-fold, respectively, over the past five decades. A large proportion of Organic P accounted for TP, and high C/N ratios indicated that East Taihu Lake can be properly classified as an oligotrophic lake.     

强弱风浪扰动下太湖的营养盐垂向分布特征

在一次风速12m/s的强风浪过程中及在连续多天弱风浪之后,对太湖梅梁湾一浅水区营养盐、悬浮物等的垂向分布进行了观测和分析。结果表明,在水底沉积物约20cm的情况下,强风浪期间与弱风浪期间相比,湖水中悬浮物浓度提高了10倍,总磷浓度提高了3 6倍。而强风浪期间与弱风浪期间的水体溶解性总磷(DTP)、溶解性活性磷(SRP)的浓度无显著差异。说明尽管强风浪过程引起沉积物大量悬浮,水体悬浮颗粒态营养盐显著增高,但是由于悬浮过程营养盐释放与沉降机制作用十分复杂,活性营养盐的浓度未必能提高。无论强风浪还是弱风浪期间,水体的表层至水土界面上50cm层的悬浮物浓度、营养盐浓度没有明显的分层现象,但明显低于水土界面上50cm内的悬浮物浓度和总磷浓度。无论是强风浪期间还是弱风浪期间,表层到底层水体SRP浓度无显著差异。     

太湖流域营养盐产量演变和趋势的数值模拟研究

认识流域湖泊水体富营养化的演变和趋势是湖泊污染控制和治理中的重要研究课题。本文将在分析和论证太湖流域营养盐自然本底、人类活动作用急剧增加的近50年来太湖流域营养盐的变化情况、以及全球气候变化和流域经济发展未来30年太湖流域营养盐变化趋势等三方面的基础上,对太湖流域营养盐产量变化做出评估和预测。研究表明,在未来气候变化概率分析和区域经济发展规划基础上,太湖流域未来30年营养盐流域产量将比现代（2000s）增加25%～33%,这将增大太湖水体污染的压力。     

长江中下游典型湖泊近代环境变化研究

选择长江中下游的典型湖泊洪湖、巢湖、石臼湖和太湖,采集了沉积柱样,测定了总有机碳、总氮、总磷,并采用210Pb和137Cs定年以研究湖泊近代环境演变。根据洪湖137Cs蓄积峰得到过去50 a里洪湖沉积速率经历了一个由慢到快再变慢的过程,1963~1986年之间沉积速率最大,达0.174 cm/a,这可能是因为当时湖区大规模开垦有关。巢湖钻孔核素的研究发现20世纪70年代以来随着深度的减少,巢湖钻孔中沉积通量在增加,可能与流域内水土流失逐步加重有关。对营养盐的分析表明,洪湖50年代以来沉积物中营养元素急剧增加,巢湖70年代以来营养元素开始增加,在太湖中体现为80年代,石臼湖中则为近百年来营养元素开始快速增加。从营养盐增加的幅度来看,草型湖的洪湖、石臼湖要大于藻型的巢湖以及太湖藻型区域。本文尝试利用总有机碳、总磷获取了湖泊环境变化的速率。研究表明总有机碳和总磷的变化速率存在波动性,这可能与湖泊的自我调节有关。而总有机碳的变化速率在最近时间阶段内基本呈正值,对于洪湖来说在80年代初,石臼湖在1970年左右,太湖在80年代初,巢湖在60年代。总有机碳、总磷变化速率的振荡幅度与周期也许对理解当今湖泊处于何种位置,由此采取何种湖泊管理手段提供重要认识。     

太湖沉积物中微生物多样性垂向分布特征

运用化学分析方法和PCR-DGGE技术,从沉积物化学及分子生物学角度对太湖沉积物理化性质(pH、Eh)、营养盐及微生物多样性的垂向分布及相关性进行研究。结果表明:沉积物-上覆水接触界面处于轻度还原状态,在表层8.0cm左右以下,Eh随沉积深度的增加迅速下降,还原性逐渐增强,到15.0～22.5cm深度区间内,Eh值基本稳定,还原性最强,之后随深度的进一步增加,Eh呈"之"型缓慢升高。沉积物pH随深度的增加先降低后缓慢升高,pH在整个剖面上变化幅度不大,在7.2～7.6变动。沉积物中含有丰富的营养盐,总氮(TN)、总磷(TP)最高含量分数和有机质(OM)的最高百分比分别为2.436mg/g、0.731mg/g和3.817%,其剖面特征表明,沉积物表层TN和OM远高于底层,其含量随深度增加而降低。TP随着沉积深度的增加呈"之"型缓慢减少。不同深度沉积物的微生物群落呈现出明显的空间分布多样性差异,不同深度沉积物的微生物群落结构之间的相似性和动态性存在差异。多元相关分析结果显示,TN与OM显著相关,理化指标、营养盐中任一指标含量与微生物群落多样性指标之间存在相关性,但不显著,微生物多样性是营养盐及环境物理、化学和生物等多方面共同作用的结果。     

北太湖沉积岩芯中有机氯农药HCH和DDT残留垂直分布特征及沉积环境意义

为了探讨有机氯农药HCH和DDT残留在湖泊沉积物中的赋存和演化过程,并利用其特有的时间标尺特征分析近现代在人类活动干扰下的湖泊沉积过程,2006年在太湖的竺山湾、梅梁湾利用重力采样器分别采集湖泊沉积岩芯ZS和ML,按1cm间隔分样。测定了两孔岩芯20cm深度以上的HCHs（六六六类）和DDTs（滴滴涕类）残留量,结合测年资料分析了两孔岩芯中近50年来HCHs和DDTs垂直分布特征及沉积环境意义。研究结果表明,竺山湾岩芯ZS中HCHs和DDTs的残留量分别为0.22～9.70ng/g和0.32～12.34ng/g;梅梁湾岩芯ML中HCHs和DDTs的残留量分别为0.18～11.02ng/g和0.52～13.44ng/g。尽管两孔岩芯中HCHs和DDTs的残留量不同,但指示的沉积时间一致:在20世纪50年代中期以后岩芯中HCHs和DDTs残留量均明显增加,在20世纪70年代末出现峰值,这与太湖流域有机氯农药HCH和DDT使用的历史相一致,岩芯ZS中HCHs和DDTs残留量以及岩芯ML中HCHs残留量在80年代初以后逐渐降低,这与有机氯农药HCH和DDT在1983年禁止使用的时间相对应。但在岩芯ML中20世纪90年代以后DDTs残留量又明显增加,显示有新的输入源,可能与90年代以来无锡、常州快速发展的"小化工、小农药"排污进入梅梁湾有关。研究结果同时还表明太湖沉积物中的HCHs和DDTs残留量在沉积岩芯上的变化序列可以作为指示太湖沉积过程的时间标尺,对太湖沉积环境变化的研究具有重要意义。     

浅水湖泊沉积物中磷的地球化学特征

对太湖不同污染状况和生态系统状况的湖区沉积物中磷的地球化学形态及其分布进行了研究。结果发现,沉积物的理化性质和磷的化学形态一般都在表层下深5～15cm发生明显的转折;草型湖区、藻型湖区、开阔湖面的大湖区沉积物的理化性质、间隙水中的磷浓度及沉积物中磷的形态存在较大的差异。东太湖沉积物间隙水磷浓度和交换态磷含量都显著低于其他湖区;风浪扰动相对剧烈的开阔湖面湖区沉积物中磷的沉积规律也不同于梅梁湾藻型湖区和东太湖草型湖区。研究表明,浅水湖泊中水生生物状况、风浪扰动状况对沉积物中磷的地球化学行为有至关重要的影响。     

Some aspects of the biology and sedimentology of laminated algal mats from mannar lagoon,Northwest Ceylon

Laminated blue-green algal mats are forming in the intertidal zone of a clastic (non-carbonate), tropical, lagoonal tidal-flat in northwest Ceylon. On the basis of their surface morphology three distinct mat zones are recognised. From the high-water mark seawards these are: (1) a smooth rounded-mat zone with discrete structures; (2) a crinkled- and blistered-mat zone; and (3) a smooth flat-mat zone without any perceptible relief. These mats are formed by the trapping and binding of sediment particles on to a sticky and mucilaginous complex of algal filaments.The morphology and distribution of these mats appear to be controlled by the frequency and duration of their exposure, strength of tidal-current velocities and the rates of bottom sediment movement. The flat zone is characterised by tidal-current velocities of 10–15 cm/sec, greater rates of traction movement and twice daily tidal flooding. The crinkled zone is partly or completely exposed during neap tides, the rate of bottom sediment movement is less than in the flat zone and the tidal-current velocities vary from 6–12 cm/sec. The rounded-mat zone is flooded only during high-water spring tide, with no tidal exchange during the neap tidal phase, but there is a continuous water cover forming a tidal pool. Here the rate of bottom sediment movement is negligible and the tidal-current velocities vary from 1–10 cm/sec. The rounded—elliptical mat forms are elongated in the direction of tidal flow and with decreasing tidal velocities they tend to assume a more rounded shape. All three zones are characterized by laminations produced by the alternation of thick sediment-rich and thin algal-rich layers. They show an accretion rate of 5–15 mm/week. The above features indicate that they are potentially very useful environmental indicators.