平面光极的制备及水母消亡对沉积物-海水界面溶解氧影响的模拟观测

制备了基于八乙基卟啉铂和香豆素的光强比率测量传感膜,结合3CCD相机构建了基于比率测量法的两维溶解氧观测系统,通过实验验证了该系统在沉积物-水界面微结构的溶解氧的时空动态变化监测的可行性。基于实验室模拟观测装置对海蜇消亡过程中沉积物-海水溶解氧的变化特征进行了观测。观测结果表明在置入水母组织的第16h后,水母分解使得沉积物-水界面的溶解氧开始下降,在2~3d内会导致沉积物-水界面空间的海水溶解氧发生剧烈变化,在沉积物-海水界面附近海水形成严重缺氧区。第1天内,沉积物-海水界面的溶解氧消耗速率为0.2mg·L-1·h-1,第2天溶解氧的消耗速率为0.04mg·L-1·h-1。在近海底的水体空间内,第1天的溶解氧消耗速率为0.28mg·L-1·h-1,第2天为0.14mg·L-1·h-1,第3天为0.13mg·L-1·h-1,表明水母消亡过程中的溶解氧消耗呈动态分布。实验证明水母在消亡过程中的3~4d内可在沉积物-海水界面附近形成一个贫氧区,水母消亡过程改变了海底区域的溶解氧分布体系,将对海底生态环境产生较大影响。     

雨滴对水-气界面溶解氧与pH扩散影响的平面光极观测方法

水-气界面是一个重要的物质交换过程界面,对生态系统及生物地球化学循环过程有着重要影响。自然界的降雨可以改变水体表面平衡状态,提高气体在界面的通量交换速率,使得水体界面溶解氧和pH的水平、垂直方向浓度分布发生变化。本文利用平面传感膜具有高时空分辨率、可提供两维浓度分布信息的特点,开展了雨滴对水-气微界面层中的氧气扩散和pH值分布变化模拟实验,采用双参数平面光极同步测量获取低溶解气体在水-气界面的两维分布浓度变化。实验结果证明在受风速、温度影响较小区域,降雨过程对调节表层水体的溶解氧含量和pH值变化具有重要作用,雨滴可以打破水-气界面的微表层平衡机制,促进大气中氧气在表层水体的溶解,使得水面垂直方向23 mm内的溶解氧平均升高2.3 mg/L;降雨对水面12 mm之内表层水体pH值产生的影响较为明显,pH值平均降低了0.2~0.4个单位,表明降雨雨滴促进大气在水-气界面的迁移进程,溶解的CO₂使得表层水体向酸性方向转化。本文提出的基于平面光极两维观测方法为评估低风速、高降雨或低降雨区域的海岸带溶解氧和pH值的变化提供高空间分辨率的水-气界面实时观测新的技术支撑。     

温度对沉积物中绿藻微观繁殖体萌发的影响

对黄海浒苔绿潮的研究表明,苏北浅滩及其附近海域是每次绿潮早期发展的重要区域,石莼目绿藻微观繁殖体在该水域大量存在。为研究海水温度对其萌发和生长的影响,我们利用2012-10在江苏近岸如东紫菜养殖区采集的沉积物样品,在实验室进行不同温度梯度条件(5,10,15,20,25和30℃)绿藻微观繁殖体的培养实验,并通过PCR-RFLP方法鉴定繁殖体幼苗的种类,分析温度对不同种绿藻微观繁殖体萌发的影响。结果表明:5℃的低温条件下,繁殖体均不能萌发。10~30℃,随温度的升高繁殖体萌发数量呈先增加后降低的趋势。15和20℃时,萌发数量出现高值,分别平均为17.0和15.8株/g。在研究区域沉积物中绿藻微观繁殖体萌发种类有浒苔、缘管浒苔、盘苔和Ulvasp.1,其萌发数量的平均值分别为13.7,6.0,2.0和15.4株/g。其中,浒苔萌发数量随温度的升高先升高后降低,在15℃时达到最高值为31.2株/g。缘管浒苔在10~20℃萌发数量相对较高,25℃时极低(仅为1.6株/g),而5和30℃时都未能萌发;Ulva sp.1在10~30℃数量变化不明显,一直保持较高值在15.0株/g左右;盘苔萌发数量一直较低,在各温度下均小于3.0株/g。据估算,在苏北浅滩紫菜养殖区(约200km2)表层沉积物中约有9.8×1013株微观繁殖体,形成一个巨大的"种子库",这将为黄海浒苔绿潮溯源提供数据支撑。     

胶州湾沉积物-海水界面硅的交换速率及其影响因素探讨

采用实验室培养法在原位温度和溶氧条件下测定了胶州湾沉积物-海水界面硅的交换速率,并探讨了相关环境因子对界面交换速率的影响机制。结果表明,胶州湾沉积物-海水界面硅的交换表现为从沉积物向水体释放,其交换速率在947~4 889 μmol/（m2·d）范围内,平均速率为1 819 μmol/（m2·d）。表层沉积物中叶绿素a（Chl a）和总有机碳（TOC）是影响胶州湾沉积物-海水界面硅交换速率的主要环境因子,同时表层沉积物的含水率（φ）、生源硅（BSi）和粘土含量以及间隙水中溶解硅酸盐（DSi）对沉积物-海水界面硅的交换也有重要影响。由此可推知,胶州湾沉积物-海水界面硅的交换速率主要受生物活动和溶解-扩散双重过程调控,而表层沉积物粒度与底层水体中DSi对胶州湾硅的释放影响较小。     

南海海气界面潜热通量的分布特征及其对西南季风爆发影响的初步分析

利用1982年1月至2001年12月逐日的Re_NCEP南海海表面潜热通量资料,分析了南海夏季西南季风爆发早年和晚年潜热通量在南海的时空分布特征;并通过相关对比诊断分析了潜热通量对西南季风爆发及强度的影响,初步给出了其动力学机理。结果表明,季风爆发早、晚年的前一年冬季至初春(12~3月),南海南部(5°~13°N,100°~120°E)和北部(13°~22°N,105°~120°E)的潜热通量距平符号相反,呈现反位相,季风爆发早(晚)年,前一年冬季至次年初春,南海北部的潜热通量为正(负)距平,南海南部则为负(正)距平;在季风爆发的早年和晚年,南海潜热通量表现出明显的差异,春、夏、秋季南海潜热通量正距平持续时间短(长),季风强度偏弱(强)。南海北部的潜热通量和南海北部季风强度隔季正相关。当潜热通量为正(负)距平时,同期和滞后1~3个月的海温均为负(正)异常,加大(减小)了春季南海和周围陆地陆暖海冷的海陆温差,有利于西南季风在南海北部的早(晚)爆发,西南风异常偏强(弱)。     

近海海洋酸化对痕量元素在沉积物-海水界面处生物地球化学特性的影响研究

痕量元素在海洋环境中不仅能够密切参与物质循环,显著调控生命代谢,有些情况下还会对浮游及底栖生物产生抑制和毒害,是海洋系统中具有重要生物地球化学作用的“双刃剑”。工业革命以来,海洋不断吸收大气CO₂使得海水pH和碳酸根浓度持续下降,在全球范围内都出现了海洋酸化的现象。海洋酸化作为新的环境胁迫打破了痕量元素在沉积物-间隙水-上覆水中既有的平衡态势,导致痕量元素在海洋环境中的生物地球化学特性变得更加复杂和不确定。本文从痕量元素在沉积物-海水体系中的赋存形态与交换过程入手,探讨了海洋酸化条件下痕量元素在沉积物-海水体系中的扩散迁移与再平衡行为,分析了由此产生的生物毒性效应和生物可用性影响。最后,对海洋酸化与多种环境条件、多种污染物联合作用所导致的与痕量元素相关的生态效应研究进行了展望,以期为未来海洋酸化与痕量元素协同研究提供有意义的科学参考。     

胶州湾沉积物-海水界面溶解无机氮的迁移特征及其影响因素解析

采用实验室培养法,在原位温度和溶氧条件下,研究了夏、冬季胶州湾沉积物-海水界面溶解无机氮(DIN)的迁移特征。结果表明,夏、冬季胶州湾沉积物-海水界面DIN主要以NO_3-N和NH_4-N的形态进行交换,夏季胶州湾沉积物表现为水体DIN的源,其交换通量为1.64×10~9 mmol/d,可以提供维持初级生产力所需氮的39.3%;而冬季沉积物表现为DIN的汇,其交换通量为–2.12×10~8 mmol/d。利用相关分析和主成分回归分析,研究界面不同形态DIN交换速率和底层环境因子的关系,结果表明,夏季胶州湾沉积物-海水界面DIN的交换主要受沉积物中有机质的矿化、底栖藻类的同化作用和扩散过程共同调控,而冬季则主要受内源有机质的矿化、底栖藻类的同化作用、吸附-解吸和扩散过程共同调控。     

碱/表面活性剂/聚合物相互作用对河间油藏油水界面张力特征的影响

在任丘油田河间油藏油层及流体性质（90℃温度、矿化度为5 192.2 mg/L的采出水和5 682.6 mg/L的注入水、河间原油）的条件下,研究了表面活性剂、碱和聚合物相互作用对油水界面张力的影响。结果表明,单一石油磺酸盐CDS-1在有效浓度为0.01%-0.3%范围内,瞬时动态界面张力和平衡界面张力降低到10^-2mN/m数量级。向浓度为0.05%的CDS-1溶液中加入Na2CO3,瞬时动态界面张力和平衡界面张力变化不大,仍在10^-2mN/m数量级;与Na2CO3高浓度相比,当Na2CO3浓度为0.5%时,平衡界面张力和瞬时界面张力降低明显,瞬时动态界面张力最低值低至10^-3mN/m数量级。分别在浓度为0.05%的CDS-1溶液和0.5%Na2CO3/0.05%CDS-1二元体系中加入不同浓度（浓度在500-2 500 mg/L范围内）的部分水解聚丙烯酰胺聚合物M2500,瞬时动态界面张力和平衡界面张力无明显变化,仍在10^-2mN/m数量级。该实验结果为河间油藏表面活性剂复合驱油配方的筛选提供了重要依据。     

风浪对海-气界面动量通量估计的影响

利用实验室和有代表性的外海观测数据综合分析表明,海面粗糙度对波龄的依赖性与是否将实验室和外海数据一起考虑有关,而风应力拖曳系数与此无关,且随波龄增大而减小.利用Toba-3/2指数律和风浪成长关系的分析表明,风应力拖曳系数为常数或随波龄的增大而增大,与上述结果定性上相矛盾,说明风浪对风应力拖曳系数影响问题需要进一步研究.     

改性粘土对浒苔(Ulva prolifera)微观繁殖体去除效果及萌发的影响

本文首先考察了不同浓度改性粘土对浒苔微观繁殖体的去除效果,实验结果显示,去除率随着改性粘土浓度增大而逐渐提高,0.4g/L的改性粘土对初始密度为4.8?105cell/m L的浒苔微观繁殖体去除率可达到80%以上。去除实验后继续研究微观繁殖体的萌发率发现,与对照组相比,不论是上层培养液中还是重新混合后的萌发率均随着改性粘土用量的增加而降低,1.0g/L的改性粘土可使其萌发率由60%左右降至低于6.5%。本文的研究结果表明,适量的改性粘土能有效去除海水中的浒苔微观繁殖体、降低其萌发率,有望成为消除或减弱绿潮灾害的有效手段。     

空间蒸发技术在海水淡化中的应用研究

吸收了国际先进卧式喷淋蒸发技术的优点，采用有利于实现蒸发液在蒸发器内空间蒸发的结构和调控条件，针对渔船作业和部队海战或控制岛屿的特点，设计了机动灵活的蒸馏法海水淡化新装置，通过实验证明该空间蒸发技术在低喷淋密度和低传热温差下具有很高的传热系数。     

Coastal residents' literacy about seawater desalination and its impacts on marine ecosystems in California

This article examines coastal residents' awareness and knowledge about impacts of seawater desalination on marine ecosystems Carlsbad, California. The paper explores to what extent sociodemographics, motivational factors, and information use shape public awareness and self-assessed and factual knowledge. Data was collected using a mail survey (n=330) from a random sample of residents in Carlsbad. Both self-assessed and factual knowledge about the desalination plant and its impacts on marine ecosystem were low, with only two of 11 factual questions answered correctly by more than 50% of respondents. Gender, frequency of ocean use, and use of distinct information sources correlated positively with greater factual knowledge. Education, age, time of residency in local community, membership in an NGO, and place attachment to marine areas did not increase factual knowledge. Findings also demonstrate that knowledge shaped attitudes towards the seawater desalination plant as greater knowledge about marine impacts reduced support.     

海水淡化排放的高盐废水对海洋生态环境的影响

盐度是海洋环境中最重要的生态因子之一,每种生物各有其适宜生长盐度要求,当环境盐度超过该范围时,生物体的生长、发育、生殖、行为和分布都会受到影响.近10年来,随着淡水资源紧缺和海水淡化处理成本的下降,海水淡化厂数量急剧增加,大量浓盐水进入海区导致受纳海域盐度升高.高浓度盐水给海洋生态环境带来许多负面影响,有关浓盐水的海洋生态安全问题备受人们关注.在总结和分析浓盐水对海洋浮游生物、底栖动物、甲壳类动物、鱼类和海草等影响的基础上,指出海水淡化厂排放的高盐废水对海洋生态的潜在威胁,浓盐水的排放使一些经济水产种类产量减少,给渔业资源和海洋经济带来损失.不同地域环境对海水淡化厂排放水的敏感程度不同,且潮流、海流和水团等水文因素以及海水淡化厂的日处理量和规模等因子决定了排放的高盐废水对海域生态影响的程度.为减少排放的高盐废水对出水口附近海域的影响,提出了海水淡化工程合理规划和布局的可行措施,要选择水体交换良好的海域作为海水淡化工程所在地,对排水口要进行因地制宜地设计,做好高盐废水的再利用工作,以最大限度地减少排放的高盐废水对海区环境的负面影响.建议对海水淡化厂附近海域进行有针对性的水质调查和监测,并做好环境风险影响的评价工作;制定及完善相关的法律法规,建立统一的高盐废水排放标准,而该标准则要以排放的高盐废水对当地海洋生态不造成较大的影响为依据,使海水淡化产业的发展有法可依.     

海南地热能海水淡化可行性探讨

为了解海南地区利用地热能进行海水淡化的可行性,阐述了海南缺水情况以及地热资源分布,并对使用地热能进行海水淡化作了技术和经济探讨,结果表明海南缺水地区可以从当地可用的地热资源中获益。同时,指出基于地热能的海水淡化仍面临一些问题,需要提高重视程度和科研投入,并试行推广积极的产业扶持政策,从而促进海南地热能海水淡化的研究和利用。     

胶州湾湾口海域海水淡化取水水质分析

取水水质是影响海水淡化成本的重要因素之一,根据2007年5月、8月和11月3个航次的调查数据,对胶州湾湾口海域海水水质进行了分析。结果表明,除个别近岸站DIN超过二类海水水质标准外,pH、DO、COD、Cu、Zn、油类、PO43--P等指标均符合二类海水水质标准,SS、TDS含量较低,Ca2+、Mg2+含量低于湾内,该区海水可作为淡化取水水源,预处理工艺中应关注钙、镁、铁和锰的影响。     

海岛风能海水淡化组合体系研究

利用风能作为海水淡化的动力能源是目前较新颖的研究课题,国际上报道的还不多.根据东南沿海丰富的海岛风能资源和海岛缺淡水的现状,就如何利用洁净能源--风能和从降低海水淡化成本的角度出发,研究如何将风力发电与海水淡化装置进行组合.通过对不同功率的离网型和并网型风力发电机技术特征的分析,设计了风能发电与不同规模海水淡化装置的组合,研究表明,30 t/d以下的海水淡化装置可以利用储能电池把风能聚集起来,作为海水淡化的动力能源,大于30 t/d的海水淡化装置必需并网.该研究还以宁波市象山县高塘岛为实例,在测得该岛风能效益时间表的基础上,设计了以不同功率的离网型风力发电机与300 t/d和500 t/d的海水淡化装置相配套,并对制水成本进行了分析.研究表明,如果不计投资利息,500 t/d的海水淡化装置产水的单位成本为2.77元/t,间隙性生产(单纯的风力发电制水)产水的单位成本为1.43元/t,有望低于市政供水价格.     

晋江海域海水淡化工程浓盐水排海方案研究

为科学选择海水淡化浓盐水排海方案,运用MIKE3数值模拟软件,选取福建晋江附近海域,建立了海水淡化浓盐水排海三维数值模型,模型水位振幅误差在10 cm以内,流速、流向计算结果与实测值变化规律一致,精度符合要求。考虑多端口、排放口间距、喷射速度等因素对浓盐水稀释的影响,选取了4种不同的浓盐水排放方案,开展了海水淡化浓盐水排放扩散模拟,计算了不同排海方案下盐升包络面积。结果表明,晋江海域浓盐水排放量为3.5万t/d的海水淡化工程采用扩散器后盐升分布面积显著减少,采用多个排放口且每个排放口多个端口喷射的排放方案,可明显增强浓盐水在受纳海域中的扩散稀释效果,盐升3的分布面积可减少近一半。建议加强我国海水淡化工程浓盐水排海扩散器的研究与应用,保护受纳海域海洋生态环境。     

基于潮流能直驱式海水淡化系统的建模与仿真

提出使用捕能系统捕获潮流能带动低压海水泵把低压海水转换为高压海水进行海水淡化,并对海水淡化过程中的浓海水进行能量回收。潮流能海水淡化关键在于提高效率和进入海水淡化系统时的海水压力的稳定。潮流能海水淡化系统采用直驱方式和能量回收系统提高了潮流能转换效率,而且系统中的高、低压蓄能器对海水淡化过程中海水压力起着稳定的作用。基于线性流体力学理论,推导出潮流能直驱式海水淡化系统的数学模型,模型考虑了水液压系统内部件的滑动摩擦力和泄露量。并对数学模型在系统压力、产水量和产水比能耗等方面进行仿真。仿真结果达到系统压力稳定、产水比能耗低。     

海水淡化排海浓盐水对胶州湾盐度分布影响

为考察海水淡化产生的浓盐水对胶州湾盐度分布的影响,利用POM模式,建立了胶州湾盐度扩散模型,分别以现有海水淡化量和2010年规划海水淡化量所排放的浓盐水量为输入条件,模拟计算了胶州湾盐度的分布和变化。模拟显示,2010年2月、5月、8月和10月胶州湾整个湾内平均盐度分别为30.9895,30.8040,30.0221和30.2306,较2008年分别增加约0.0276,0.0274,0.0212和0.0205。浓盐水排放位置附近局部海域盐度增加明显,如黄岛浓盐水排放点附近海域,2月大潮涨潮时盐度超过31.55的水域面积较2008年增加0.24 km2,并且出现0.08 km2盐度超过32.00的水域;2月大潮落潮时盐度超过31.55水域面积比2008年增加0.53 km2左右,盐度超过32.00的面积增加约0.16 km2。2月、5月、8月和10月最高值分别达到40.23,36.66,37.94和37.87。结合前期室内实验结果可以看出,2月份的盐度最高值超过对胶州湾浮游植物生长有明显影响的非检测浓度(38.62)。这表明,按2010年规划的海水淡化规模所产生的排海浓盐水尽管对整个胶州湾的盐度分布影响不大,但会导致局部海域盐度明显增加,从而可能会对该海域浮游植物生长造成一定影响。     

渤海海冰淡化利用研究进展与问题

海冰是低温条件下的海水冻结物,在我国渤海,每年冬季有4个月左右的结冰期,形成大范围的海冰。海冰具有灾害性,常对冬季海上运输及海洋生产构成危害,但因其含盐量较低,海冰还具有资源性,有可能以较低成本转化为淡水。自1995年以来,我国学者开展了渤海海冰淡化利用研究,在国家有关项目的大力支持下,已在海冰资源特性、资源量估算、海冰淡化技术和海冰水农业利用等方面均取得了一系列重要的研究进展。本文是对这些研究进展及尚需解决问题的综述。