珠江口海域沉积物-水界面营养盐释放特征研究

在2015年春季(3月),采用实验室培养法对珠江口海域5个站位的沉积物样品进行了沉积物-水界面营养盐交换速率的实验。结果显示,河口区交换速率较大,海湾地区交换速率较小。NH~+_4、NO~-_3、PO_4~(3-)由沉积物向水体释放,NO~-_2由水体向沉积物迁移,交换速率均值分别为90.6μmol·d~(-1)·m~(-2)、106.9μmol·d~(-1)·m~(-2)、13.8μmol·d~(-1)·m~(-2)和-21.9μmol·d~(-1)·m~(-2)。NH~+_4、NO~-_3和NO~-_2在水体贫氧环境下的交换速率高于富氧条件下的交换速率,贫氧条件下沉积物是PO_4~(3-)的释放源,富氧条件下沉积物是PO_4~(3-)的汇。扰动条件下NH~+_4和PO_4~(3-)的交换速率都大于非扰动条件,但NO~-_3则相反。NO~-_3和NO~-_2的交换速率主要受沉积物-水界面浓度扩散影响,NH~+_4和PO_4~(3-)更多的受界面吸附-解吸控制;在增氧和扰动条件下由于沉积环境由强还原性向氧化性剧变,对沉积物-海水界面营养盐的交换影响比较复杂。与国内近岸海区相比,珠江口沉积物-水界面营养盐的交换速率处于中等水平。     

湖泊沉积物—水界面铁—锰循环研究新进展

通过云贵高原深水湖泊沉积物－水界面铁－锰循环研究，揭示了湖泊铁－锰循环不仅受氧化还原边界层化学界面的控制，而且受沉积物－水地质界面的制约；有机质生物氧化和硫酸盐还原构成界面铁－锰循环的重要机制并产生亚扩散层屏蔽效应；铁－锰循环伴随有微量金属元素地球化学形态的改变，从而影响其迁移行为；气候剧烈变化所中断的铁－锰循环，形成铁－锰富集层的古环境记录。     

北京官厅水库沉积物-水界面磷的分布和迁移特征

研究官厅水库一个沉积物柱及上覆水体磷的含量和形态特征,指出水体中的磷以颗粒态为主,界面上覆水中磷以无机磷酸盐为主,孔隙水中以有机磷占优势;界面附近湖水中总溶解磷、总无机磷、正磷酸盐和有机磷酸盐从远离界面到界面逐渐升高,孔隙水中总溶解磷、总无机磷、正磷酸盐在界面下10 cm左右达到最大值,有机磷含量由界面向下有增加趋势;计算了沉积物-水界面磷的沉降和扩散通量,分别为1967.5μg/a@cm2和0.5μg/a@cm2,结合沉积物中矿物组成、磷与Fe、Mn、SO2-4的关系,探讨影响磷分布和迁移的影响因素.     

SWB—1型便携式湖泊沉积物—界面水取样器的研制

在湖泊环境的研究中,采到保持原状的沉积物－水界面样品是一项基本工作。根据国外有关资料,在前期研制的沉积物－水界面采样装置的基础上,研制成功了一种新型湖泊沉积物－水界面取样器。本取样器由部分组成,即连接构件、配重、悬挂密封机构和取样管。取样器是靠自重插入湖泊沉积层,悬挂密封机构将样品封闭于取样管内。本取样器能在深水湖泊中取到３０￣５０ｃｍ的湖底沉积物柱及１０￣３０ｃｍ的界面水柱。整个取样器重量轻（只     

长江口沉积物-水界面砷的迁移转化机制与微生物调控分析

为探析长江口沉积物-水界面砷的迁移转化机制,本文分析了2019年夏季长江口4个站位上覆水和间隙水中总As浓度及形态的剖面变化特征,耦合氧化还原敏感元素(Fe、Mn和S)的剖面变化剖析了沉积物-水界面砷循环的Fe-Mn-S控制机制,同时结合砷相关功能基因探讨了沉积物-水界面砷迁移转化的微生物调控过程,估算了沉积物-水界面总As的扩散通量。结果表明,除A7-4站位外,长江口其他3个站位间隙水总As以As³⁺为主要存在形态,且总As浓度均在上覆水中为最低值(0.748~1.57 μg·L^-1),而在间隙水中随着深度增加而逐渐增加并在6~9 cm深度达到峰值(7.14~26.9 μg·L^-1)。间隙水总As及As³⁺浓度的剖面变化趋势与溶解态Fe²⁺、Mn²⁺相似,其均在中间层出现高值,说明沉积物Fe/Mn还原带砷的释放可能是随固相Fe(Ⅲ)或Mn(Ⅳ)的还原而转移到间隙水中的。氧化层和Fe/Mn还原带过渡区间隙水砷浓度与砷异化还原菌功能基因arrA和arsC丰度存在对应关系(除A1-3站外),说明砷异化还原菌将溶解As⁵⁺或固相As⁵⁺还原为溶解As³⁺可能是该过渡层砷迁移转化的另一重要过程。硫酸盐还原带的间隙水总As和As³⁺浓度降低,但由于间隙水的低S^2-浓度不利于砷硫化物生成,因此深层间隙水砷可能与铁硫矿物结合而被移除。底层环境氧化还原条件是影响沉积物-水界面砷迁移转化的重要因素,随底层水DO浓度的降低,砷迁移转化更倾向于微生物还原控制。长江口沉积物-水界面总As的扩散通量为1.18×10^-7~2.07×10^-7 μmol·cm^-2·s^-1,均表现为沉积物间隙水中总As向上覆水释放,即沉积物是研究区域水体总As的来源之一。     

湖泊沉积物—水界面营养元素的生物地球化学作用和环境效应：I.界面…

发生在沉积物－水界面的剧烈生物地球化学作用对沉积物和上覆水体具重要的环境效应，然而此方面研究很少，本文通过云贵高原四个湖泊湖水和孔隙水ＮＨ４和ＮＯ３剖面，沉积物柱芯不同结合态氮含量剖面分布，界面扩散通量，影响氮循环的因素及它们季节性变化规律等的对比研究，初步揭示了湖泊沉积物－水界面的氮循环及其环境效应。     

密云水库沉积物-水界面磷的地球化学作用

以密云水库为例，研究了水库沉积物中有机质的含量与有机磷的关系，表明表层沉积物中的总有机碳和有机磷的含量都明显高于底层，是由于一些以磷为营养素的富营养化指示藻类在水体中逐年增加，它们死亡后的残骸经分解-矿化后在底积物中累积的结果。沉积物和孔隙水中磷的剖面特征研究表明，表层沉积物和孔隙水中的磷都有明显上升的趋势，是由于沉积物的表层微生物和活性有机碎屑层比较丰富，有机质降解和含磷的有机化合物分解，使溶解性磷酸盐进入孔隙水。对沉积物磷形态、总有机碳及孔隙水中总磷对磷释放的影响进行了线性相关分析，结果表明上覆水中的磷主要来自沉积物的铁结合态磷、铝结合态磷、溶解态磷三种形态，孔隙水中总磷以及总有机碳含量对上覆水中总溶解磷浓度存在较大的影响，这些为研究水库沉积物作为水库内污染源对水质的影响提供了基础资料。     

潮间带滩涂沉积物与水体热通量模拟

为了揭示滩涂对近岸水温影响,开展潮间带滩涂沉积物与海水之间热量交换研究。以韩国西南海岸的滩涂为例,建立滩涂沉积物温度模型,模拟不同潮汐状态下沉积物垂向剖面温度以及沉积物与水体间的热通量,并分析了季节、滩涂位置、潮位-太阳辐射相位对热通量的影响。研究表明:模拟出的沉积物温度与实测值吻合较好。沉积物与水体存在大量热量交换,且集中在淹没后的前3 h,最大热通量可达398.7 W/m2。冬季月份海水向滩涂净传热。夏季月份滩涂向水体净传热,且当滩涂淹没时刻发生在当地正午或正午过后3 h内,滩涂传递给水体的热量相对较大,达2.0 MJ/（m2·d）;累积热通量随滩涂干滩率的减小而减小。研究成果为进一步深入研究滩涂影响下近岸水温变化提供了技术支撑。     

床面粗糙度和底床渗透率对泥-水界面物质交换特性的影响

泥-水界面物质交换过程对自然水体中污染物的迁移转化起重要作用,粗糙底床界面物质交换过程涉及到床面粗糙度和底床渗透率的影响。通过实验室环形水槽实验测量得到水力粗糙砂质底床条件下界面物质交换通量的定量数据和变化特征,采用参数化方法分析有效扩散系数与其主要影响参数之间的依赖关系。实验结果表明,在实验参数变化范围内,受上覆水平均流速、床面粗糙度和底床渗透率的共同作用,有效扩散系数从水力光滑区、过渡粗糙区至完全粗糙区呈现较为明显的分段变化特征,采用渗透率雷诺数可将有效扩散系数与其主要影响参数的依赖关系进行较为一致的描述。基于双参数(粗糙雷诺数和渗透率雷诺数)分析,确定了不同流动区域的相应阈值以合理表征床面粗糙度和底床渗透率对界面物质交换特性的综合影响。     

床面粗糙度和底床渗透率对泥-水界面物质交换特性的影响

泥-水界面物质交换过程对自然水体中污染物的迁移转化起重要作用,粗糙底床界面物质交换过程涉及到床面粗糙度和底床渗透率的影响。通过实验室环形水槽实验测量得到水力粗糙砂质底床条件下界面物质交换通量的定量数据和变化特征,采用参数化方法分析有效扩散系数与其主要影响参数之间的依赖关系。实验结果表明,在实验参数变化范围内,受上覆水平均流速、床面粗糙度和底床渗透率的共同作用,有效扩散系数从水力光滑区、过渡粗糙区至完全粗糙区呈现较为明显的分段变化特征,采用渗透率雷诺数可将有效扩散系数与其主要影响参数的依赖关系进行较为一致的描述。基于双参数(粗糙雷诺数和渗透率雷诺数)分析,确定了不同流动区域的相应阈值以合理表征床面粗糙度和底床渗透率对界面物质交换特性的综合影响。     

回流渗透模式白云岩研究历史与进展*

回流渗透白云岩化是一类重要的白云岩化模式,其应用广泛,成岩储集性良好,具有重要的研究意义。近年来,国内外对回流渗透模式白云岩的研究不断深入,取得了许多新的进展。作者从回流渗透模式的研究历史出发,详细讨论了其发展和应用现状,总结了该模式下白云岩的Mg来源、水文模式和沉积岩石学特征,并着重讨论了中等盐度下的回流渗透白云岩化等新的研究和应用,指出大规模的回流渗透白云岩化作用可在中等盐度的条件下形成,其强度往往受控于海平面变化。     

河渠渗漏量计算方法研究进展

河渠渗漏是水资源利用与水环境保护中重要环节之一,对它进行量化具有重要的实践意义。对国内外各种有关河渠渗漏量计算方法的研究成果进行了系统的总结,分别指出各种方法的适用范围和优缺点,并对如何改进现有方法进行了展望。     

水流对渗流的影响实验研究

岸坡渗流是江河崩岸的主要诱因和重要研究内容之一.土力学中的渗流分析均建立在土体内部为低流速的层流、土体之外为静态水体的基础之上,而岸坡渗流之明显区别就在于土体之外的水体并非静态.利用新研制的实验设备,进行了不同切向水流流速、不同渗流水头差组合情况的水流渗流耦合试验,结果分析表明,水流对渗流有明显影响,并呈规律性变化:渗出面渗透比降越小,水流对透水性能的降低程度就越大,而比降超过一定数值后,水流将会增强透水性能.研究结果对江河两岸堤防等建筑物的安全评价将有着重要的理论价值和实用性.     

基于能量测量的声呐渗流矢量法及其应用

为准确测定天然流场和人工流场下的地下水渗漏隐患,从能量测量的角度提出了一种水文地质测井的新方法——声呐渗流矢量法,系统地介绍了该方法的基本理论、原型仪器和测试步骤等内容。以时差法测量原理为基础,融合了矢量声呐技术、航空定向技术、压力传导技术、GPS定位等多种新技术,自主研发了声呐渗流测量仪及其显控软件,能够准确测定渗漏部位、渗漏通道以及流速、流向、流量等量化指标。并以富水地层地下连续墙基坑为工程案例,建立三维可视化渗流场成像系统,揭示三维空间渗流场分布特征,动态指导基坑渗控设计和堵漏处理,通过复测验证堵漏处理效果。结果表明:声呐渗流矢量法能够实现地下工程渗漏缺陷精准定位,在无强噪声干扰的情况下,检测结果完全满足工程渗控需要;提出以渗透流速为主、单孔渗流量和渗透系数为辅的基坑渗漏风险预警分级判定指标;结合地质勘察、监测预警、现场巡查、应急处置等手段,与其他方法相互验证,提前采取处理措施,有效规避渗漏水风险。     

三维饱和-非饱和渗流场求解及其逸出面边界条件处理

对三维饱和-非饱和渗流场的有限单元法求解进行了详细论述,在边界条件中明确列出了非饱和渗流逸出面边界条件的数学表达式。为了理论上能够严密地给出非饱和逸出面的边界条件和数值处理,根据渗流场固有的物理特性,定义了极限含水率和非饱和渗流逸出面蒸逸系数两个渗透基本特性参数。针对渗流场饱和与非饱和逸出面分界线(逸出线)位置事先不知道的问题,提出在这种边界非线性渗流场迭代求解过程中,应根据中间解通过边界条件类型的转化来准确地甄别这一分界线,完整地获得精细地处理饱和及非饱和渗流逸出面边界条件的思路与方法。     

Effects of temperature and pressure differences on water seepage in breccia

Effects of temperature and pressure differences on water seepage in breccia were investigated by using the physicochemical seepage instrument.The results show that the relationship of flow and pressure differences can be expressed by a linear equation,and the seepage coefficient is linearly correlated with temperature.The relation-ship between seepage flow and temperature could be described with the linear equation.The constant and tempera-ture seepage coefficient showed a linear relation with pressure.Binary quantitative equation for the seepage flow,temperature and pressure was obtained,and explained with experimental data and theoretical analysis.     

Use of annular flumes to determine the influence of current velocity and bivalves on material flux at the sediment-water interface

A benthic annular flume for both laboratory and in situ deployment on intertidal mudflats is described. The flume provides a means of quantifying material flux (i.e., biodeposition of suspended particulates, sediment resuspension, nutrients, oxygen, and contaminants) across the sediment-water interface in relation to changes in current velocity and benthic community structure and/or population density of key macrofauna species. Flume experiments have investigated the impact of the infaunal bivalveMacoma balthica and the epifaunal bivalveMytilus edulis on seston and sediment flux at the sediment-water interface. The bioturbatorMacoma was found to increase the sediment resuspension and/or erodability by 4-fold, at densities similar to those recorded at the Skeffling mudflat (Humber estuary) (i.e., >1000 individuals m^?2). There was a significant correlation between sediment resuspension andMacoma density (r=0.99; p<0.001), which supported previous in situ field observations indicating bioturbation byMacoma enhanced sediment erodability. Biodeposition rates (g m^?2 h¹) ofMytilus edulis andCerastoderma edule were quantified and related to changes in population density in a mussel bed (Cleethorpes, Humber estuary). Biodeposition rates were up to 40-times the natural sedimentation rates. At the highest mussel bed densities (i.e., 50–100% cover or >1400 mussels m^?2) the physical presence of this epifaunal bivalve on the sediment surface reduced erosion by 10-fold. The shift from net biodeposition to net erosion occurred at current velocities of 20–25 cm s^?1. These results demonstrate that infaunal and epifaunal bivalves can have a significant impact on seston flux or sediment deposition and on sediment resuspension or erodability in estuaries where there are extensive mudflats.