海湾水库蓄水初期的单次往复密度流

为了探讨海湾水库蓄水初期单次往复水平密度流的产生与效应,进行砂质斜坡沉积物与水体之间盐分交换的水槽实验。通过沉积物孔隙水与其上覆水的多剖面电导率动态监测,分析盐分的时空分布特征,并计算深水区、浅水区和中心区的边界层单位面积含盐总量。实验结果显示,进水在浅水区沉积物表面产生明显的渗入-溢出现象,浅水区沉积物孔隙水盐分浓度显著低于中心区与深水区同一高度的盐分浓度,深水区初始底边界层含盐量与初始边界层下边界盐分浓度均为最高;这表明进水过程在倾斜沉积物表面产生了前进密度流,水流携带的盐分在坡底累积。水槽进满水后深水区边界层含盐总量与边界层下边界盐分浓度快速降低,并且浅水区表层沉积物孔隙水与深水区同一深度水体之间的盐分快速达到平衡;这表明蓄水初期在两者之间形成了返回密度流,从浅水区表层沉积物冲刷出的盐分在密度流作用下再次进入沉积物。为避免再次进入沉积物的盐分在后期继续影响水库泛咸,建议在蓄水结束后尽快实施坡底咸水排除方案。     

海湾水库蓄水初期底质与淡水盐分交换的试验研究

在现场调查和钻探的基础上,采集了沐官岛水库库区3种典型底质(粉质粘土、泥质粉沙和中细砂)的原状/扰动土样和地表水样,然后分别采用静水土柱和动水水槽试验测定盐分的时-空变化规律,最后定量计算出不同底质盐分的释放通量,从而为该海湾水库蓄水初期水质的评价和预测提供了科学依据.土柱试验表明,在分子扩散作用下高盐分区主要集中在水-沉积物界面之上7.5 cm的范围内,7.5 cm之上的水体盐分较为均一,底质盐分释放通量按粉质粘土、中细砂、泥质粉沙的顺序递减,盐分释放通量符合负的幂指数形式,而且抽排界面之上高浓度水体对降低水体盐分含量效果显著.根据水槽模拟试验,风的吹拂会影响到界面之上水体盐分的分层,有利于海湾水库中盐分的混合作用.     

地下咸水与水库水体交换过程中沉积物胶体释放规律

以天津滨海地区北大港水库为研究对象,采用室内柱试验,研究地下咸水与水库水体交换过程中不同位置沉积物胶体释放以及盐分释放/截留的动态特征,同时对沉积物胶体释放、盐分释放/截留机理进行了探讨。研究结果表明:水库不同位置地下咸水与水库水体交换过程中,盐分的归宿不同:接近水库入口处的沉积物能将盐分截留下来,而出水口沉积物却将盐分释放转移到水体。随孔隙体积数的增加,沉积物胶体累计释放量逐渐增加,入库口、库中心、出库口最大累计释放量分别为3.275 mg/g、0.386 mg/g和1.382 mg/g;胶体累计释放量随孔隙体积数的变化曲线符合直线型,胶体释放速率变化很小。盐分的释放或截留是沉积物颗粒的粒径、胶体含量、含盐量等多种因素作用的结果,水库水体与沉积物中的盐分处于动态平衡状态,当沉积物中含盐量高于平衡浓度时,其盐分会向水体中释放,同时吸附在胶体上的盐分也会随着胶体的释放而释放;反之,水体中的盐分会向沉积物中迁移被截留下来,沉积物粒径越小,越易吸附水中的盐分。胶体的释放规律可以用双电层理论得到很好的解释。     

水位变化条件下海湾水库盐分达标探讨

针对中国北方海湾水库间歇来水、连续取水和沉积物动态释盐的特点,建立水量与盐分耦合的数学模型,以青岛拟建的沐官岛水库为例,探讨水位变化条件下混合型海湾水库库水盐分的影响因素、超标风险与达标条件。模拟结果表明,在水库水位连续降低条件下,毫米量级的日蒸发量对库水盐分的累积效应显著。在不利水文条件下,受沉积物释盐、水分蒸发与人工取水的影响,混合型海湾水库长期存在盐分超标的风险。与水位不变时相反,水位降低时库水盐分浓度随着取水量的增大而升高;因此,当库水盐分存在超标风险时,可以通过减少日取水量实现库水盐分达标。为保障安全供水,在海湾水库设计与运营管理阶段,均需要综合考虑水量-盐分因素进行水库的日取水量调算。     

咸化湖盆沉积物有序分布及其控制因素——以渤南洼陷沙四上亚段为例

咸化湖盆存在碎屑岩、化学岩及混积岩共生的沉积现象,但多类型沉积物有序分布的机制尚不明确。本文以渤南洼陷沙四上亚段为例,开展了咸化湖盆多类型沉积物有序分布及控制因素的分析,结果表明：渤南洼陷沙四上亚段低位域沉积期以碎屑岩沉积为主,湖侵域和高位域则出现化学岩与混积岩,由近岸到远岸呈扇体、砂岩滩坝、混积岩滩坝、碳酸盐岩滩坝、盐湖、半深湖及深湖有序分布;化学岩主要受水体环境控制,水体古盐度大于10‰是化学岩形成的基础,盐度和深度共同控制碳酸盐岩、膏岩以及盐岩分布,同时水体深度对不同成因类型的碳酸盐岩及碎屑岩分布也产生影响;碎屑岩主要受物源地貌控制,物源区位置及物源供应强度决定着碎屑岩的沉积位置和规模大小,同时古碳酸盐岩的发育影响着现今碳酸盐岩的发育位置;古地貌位置的高低及坡度的陡缓决定着砂体成因类型,同时古地貌还影响着生物礁生长及碳酸盐沉淀;咸化湖盆多类型沉积物有序分布受古水深、古盐度、古物源、古地貌的共同作用。     

水体沉积物环境质量基准建立方法研究进展

近20年来,不同的研究机构和研究者先后提出了多种水体沉积物环境质量基准建立方法,这些方法大多产生于北美地区,都是以底栖动物为保护目标,直接或间接地以污染物的生物效应为依据,可划分为2类：即基于沉积物毒性试验、现场生物效应观察和效应发生频率统计的方法;基于平衡分配理论,污染物在沉积物固相—间隙水相间的分配关系的方法。各种方法都有其适用范围和局限性。目前研究中存在的主要问题是：无法明确污染物—生物效应间的因果关系,难以确定影响污染物生物有效性的因素及其影响程度。因此,至今还没有提出一种可广泛应用的沉积物环境质量基准建立方法。建立统一的沉积物毒性试验、测定标准,提高数据的可靠性,重视不同基准建立方法的结合,将是今后研究的重点和发展方向。     

沐官岛水库蓄水初期盐分运移数值模拟

沐官岛水库是一个拟建的河口海湾水库,库底为富含咸水的潮滩沉积物。这一特殊的地质及水环境条件直接关系到水库未来的水质安全和正常的调度运行,所以必须准确地确定水库水体中盐分空间分布这一关键问题。本文依据现场调查、钻探及室内实验资料,通过垂直方向线性插值技术,建立了沐官岛水库蓄水初期盐分运移准三维模型,模拟了水库蓄水初期在内源盐分释放影响下,库水盐分的演化过程。结果表明:若遇平水年开始蓄水,当蓄水至1.5m时,该层含盐量在平面上的变化范围主要在0.30~1.30g/L之间;当蓄水至4.5m时,该层含盐量在平面上的变化范围主要在0.30~1.55g/L。     

广东汕头市内海湾沉积物重金属环境质量调查与评价

内海湾底泥沉积物的环境质量状况与水生生物的生存和人体健康关系密切。在广东汕头市内海湾两岸23个点位采集了表层(0~20 cm)和深层(100~120 cm)底泥沉积物样品46件,对其pH值和Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn计7项重金属及K含量进行测试分析,调查底泥中这些重金属的含量特征,并参照农用地水田土壤污染风险管控标准对重金属环境污染质量进行评价。结果表明汕头内海湾底泥沉积物的pH介于7.00~8.82之间,平均值为7.83,在46件样品中41件样品的pH值大于7.5。内海湾底泥中7项重金属元素的含量均明显低于环境污染风险管制值,即对该区底泥重金属环境污染不需要管制。Cd、As、Pb、Cr这4项重金属含量均低于污染风险筛选值,其污染风险可以忽略。2件表层样品的Hg含量值高于污染风险筛选值,18件样品的Cu和Zn含量值高于污染风险筛选值,因此建议对底泥中Cu、Zn、Hg含量进行环境质量监测。K含量介于0.70%~2.59%,平均值为1.54%。基于表层底泥和深层底泥元素含量对比分析,认为该区Hg污染来源应为人为源;Cu、Zn的污染来源一部分为人为源,另一部分可能为人为源、自然源或二者的混合源。     

扩散边界层对沉积物盐分释放的阻滞影响

扩散边界层是水环境沉积物与上覆水之间物质交换的必经区。通过无风和有风条件下两组沉积物盐分释放实验,研究海湾水库砂质沉积物-水界面扩散边界层的形成情况,并通过水动力扰动下穿过扩散边界层的实测盐分通量与Fick第一定律理论计算通量的比较,以及扰动与无扰动时通量的比较,探讨扩散边界层对沉积物盐分释放的影响。研究结果表明,在稳定风场条件下,沉积物-水界面处存在厚度约3.5 cm的扩散边界层,有风条件下的界面盐分交换通量略大于无风时的通量;分子扩散是边界层内盐分运移的主要机制,扩散边界层对沉积物盐分释放具有阻滞作用,并且边界层越厚,阻滞效应越显著。另外,由于扩散边界层的存在,限制了水动力对沉积物与上覆水之间物质交换的增强作用,所以海湾水库沉积物中蓄积盐分对上覆水的影响将是长期的过程。     

酸性矿山排水影响的水库沉积物微量元素地球化学特征

为了解酸性矿山排水（AMD）影响下水库沉积物中微量元素的质量分数水平及其分布特征,对常年受酸性废水影响的贵州兴仁猫石头水库沉积物中26种微量元素的质量分数、相关性及控制因素进行了分析。结果表明：猫石头水库沉积物柱中Sr、Ba、Zr、V、Cr和As质量分数平均值超过了100 μg/g,其中As质量分数最高,平均值超过800 μg/g;Be、Ta、Co、Ag、Cd、Sn和Se质量分数的平均值都在5 μg/g以下;其他元素质量分数平均值则在10~60 μg/g之间。相较未受AMD影响的水系沉积物,研究区水库沉积物具有明显的As和Sb富集特征。水库沉积物中Li、Be、Rb、Sr、Cs、Ba、Sc、Y、Zr、Hf、Nb、Ta、Th之间存在显著正相关关系,而As与这些元素之间存在显著负相关关系。元素相关分析、因子分析及微量元素图解表明,Li、Be、Rb、Sr、Cs、Ba、Sc、Y、Zr、Hf、Nb、Ta、Th、Cr、Sb等元素受控于流域岩石化学风化和土壤物理侵蚀,这也是控制研究区元素分布最重要的因素,而Cu、Cd等重金属元素则与AMD对地层中元素的溶蚀析出和有机质等细颗粒物的吸附有关。另外,研究区重金属元素中,Cd、Cu、Pb、Cr、Zn的生态风险轻微,而As和Sb则具有很强的潜在生态风险。     

珠江网河水沙分配变化及其对伶仃洋水沙场的影响

采用二维ECOMSED模型对径流来水来沙变化前后的1978年和1999年伶仃洋洪水期水动力场和悬沙场进行模拟,结果表明:伶仃洋水动力场整体增强,但不同地貌单元水动力变化具有明显差异.分流比变化后洪水期伶仃洋西槽、东槽和中滩水动力增强,涨潮和落潮流速普遍增大0.1m/s;西部各口门区和西滩涨潮流势减弱,径流优势更加明显,但西滩三个口门水道及滩面潮沟落潮流速增大约0.1 m/s;东滩水动力特征变化不大.悬沙浓度亦整体升高,平均增加了0.02~0.05 kg/m3,悬沙高值区范围扩大,0.10 kg/m3等值线由西槽西侧明显向东推进到沿东槽南北向分布,径流来沙的影响范围东扩.     

水库拦沙对长江水沙态势变化的影响

为探讨水库建设对水沙变化态势的影响,通过引入来沙系数、输沙模数和流域水库调控系数,深入分析了长江水库拦沙对水沙态势变异的作用。长江干支流水沙参数与流域水库库容参数之间有重要关系,主要水文站年输沙量随流域累积库容增加而逐渐减少,来沙系数和输沙模数随流域水库调控系数成指数关系衰减,表明水库蓄水拦沙是长江水沙态势变异的主要因素。长江干支流输沙量衰减规律有一定差异,支流来沙系数和输沙模数衰减规律相对独立,而干流上游站衰减幅度大于下游水文站,且干流各站输沙模数的衰减规律比较接近。     

Modeling the influence of settling velocity on cohesive sediment transport in Tanshui River estuary

Settling velocities of suspended cohesive sediment in estuaries vary over a range of several orders in magnitude. Variations in the suspended sediment concentration are often considered as the principal cause. Turbulence and the suspended sediment concentration, as well as other factors such as salinity, dissolved organic substances, flocculation ability, and the rate of floc growth affect setting velocities. A laterally–averaged finite difference model for hydrodynamics and cohesive sediment transport is developed and applied in the Tanshui River estuary, Taiwan. The model has been calibrated and verified with water surface elevation, longitudinal velocity, salinity, and cohesive sediment measured. The overall performance of the model is in qualitative agreement with the available data. The model is used to investigate the influence of settling velocity on cohesive sediment transport dynamics. The simulation indicates that the turbidity maximum zone is near Kuan–Du. When settling velocities increase the surface cohesive sediment concentration at Kuan–Du station trends to decrease and bottom cohesive sediment concentration increases. Both surface and bottom cohesive sediment concentrations decrease at Taipei Bridge and Pa–Ling Bridge. This implies that suspended sediment advected seaward and deposited. There is consequently a net seaward flux of suspended sediment near surface, and a net landward flux near the bed.     

浑水渗流理论及平原水库防渗技术研究

浑水渗流不同于清水渗流,在其渗流过程中,能够形成一层弱透水性的防渗层,减少渗漏水量。根据浑水渗流理论,提出采用引黄河浑水入库在库底形成淤积层来减少水库的渗漏。在分析了黄河浑水泥沙特点的基础上,研究黄河浑水引入平原水库形成的淤积层对库底渗漏的影响,并经室内试验研究得出渗漏量与淤积层的相关关系、不同水头对渗流量的影响关系,得出一定厚度的淤积层能够起到较好的防渗效果。将研究成果应用于平原水库库底防渗,经理论计算和工程应用评价,淤积层防渗效果能够满足设计要求,可为同类工程提供参考     

波浪导致黄河口海床沉积物超孔压响应现场试验研究

黄河口海床特殊的工程地质性质与复杂的工程动力稳定性问题,均与海床沉积物在波浪荷载作用下的孔压动力响应密切相关。在现代黄河水下三角洲潮间带岸滩选择4个典型研究点,现场模拟波浪作用对原状海床沉积物实施循环加载,利用孔隙水压力观测、沉积物强度测试、样品采集与实验室土工测试等方法手段,测定黄河口原状海床沉积物在循环荷载作用不同阶段的孔压响应与强度变化。研究发现,黄河口原状海床沉积物在经历循环加载过程中,典型的超孔压响应可分为逐渐累积、部分消散、快速累积、累积液化和完全消散5个阶段,分别对应沉积物强度的衰减、增大、衰减、丧失和恢复过程,沉积物的粒度组成与结构性强弱决定了超孔压的具体响应模式。波浪导致原状海床液化深度受沉积物的干密度、孔隙比、饱和度等初始物理性质影响显著,细颗粒组分的相对含量高低也在很大程度上控制着沉积物的液化特性。     

黄河口水沙过程变异及其对河口海岸造陆的影响

采用实测资料分析和理论探讨的方法,研究了黄河口海岸造陆与水沙过程变异的关系.研究结果表明:黄河口陆域来水来沙是海岸造陆的基础,来水来沙越大,造陆面积越大,水沙过程变异后,由于水沙的急剧减少,黄河口海岸造陆速度减缓,典型岸段严重蚀退造陆面积也大幅减小;尾闾河道萎缩对海岸造陆影响较大,萎缩越严重,越不利于海岸的造陆发育.运用多元回归分析建立了黄河口海岸造陆水沙临界综合关系式,可供科学调控来水来沙实施黄河口海岸防护过程中参考.     

三峡水库初期蓄水对长江口淡水资源的影响

2003年6月1~15日和同年10月20~31日三峡水库进行了初期蓄水。6月份水库蓄水后使下游大通流量减少了37%,长江口的淡水资源的持续时数降低了40%,最大盐度增加了3倍,平均盐度增加了6倍;10月份水库蓄水使大通流量减少了1/2,淡水资源的持续时间呈现下降趋势,最大盐度增加了3倍左右,平均盐度也有类似的表现。再从流量的沿程变化、流量的变化程度、影响河口淡水的持续时间、河口淡水资源影响因子方面进行了讨论,认为三峡蓄水是这两次河口淡水资源减少的主要原因。     

Contributions of groundwater conditions to soil and water salinization

 Salinization is the process whereby the concentration of dissolved salts in water and soil is increased due to natural or human-induced processes. Water is lost through one or any combination of four main mechanisms: evaporation, evapotranspiration, hydrolysis, and leakage between aquifers. Salinity increases from catchment divides to the valley floors and in the direction of groundwater flow. Salinization is explained by two main chemical models developed by the authors: weathering and deposition. These models are in agreement with the weathering and depositional geological processes that have formed soils and overburden in the catchments. Five soil-change processes in arid and semi-arid climates are associated with waterlogging and water. In all represented cases, groundwater is the main geological agent for transmitting, accumulating, and discharging salt. At a small catchment scale in South and Western Australia, water is lost through evapotranspiration and hydrolysis. Saline groundwater flows along the beds of the streams and is accumulated in paleochannels, which act as a salt repository, and finally discharges in lakes, where most of the saline groundwater is concentrated. In the hummocky terrains of the Northern Great Plains Region, Canada and USA, the localized recharge and discharge scenarios cause salinization to occur mainly in depressions, in conjunction with the formation of saline soils and seepages. On a regional scale within closed basins, this process can create playas or saline lakes. In the continental aquifers of the rift basins of Sudan, salinity increases along the groundwater flow path and forms a saline zone at the distal end. The saline zone in each rift forms a closed ridge, which coincides with the closed trough of the groundwater-level map. The saline body or bodies were formed by evaporation coupled with alkaline-earth carbonate precipitation and dissolution of capillary salts. Received, May 1998 · Revised, July 1998 · Accepted, September 1998     

水库群水沙调控的单-多目标调度模型及其应用

为缓解内蒙古河段"二级悬河"形势,以黄河上游沙漠宽谷河段为研究对象,以龙羊峡水库、刘家峡水库为调控主体,开展黄河上游水沙调控研究。建立了输沙量、发电量最大的单目标模型以及多目标模型;分别采用自迭代模拟算法、逐次逼近动态规划算法(DPSA)和改进的非支配排序遗传优化算法(NSGA-Ⅱ)求解模型;设置了初始、常规、优化和联合优化4种方案。通过实例计算,联合优化调度方案的区间总冲刷量达到了0.38亿t,梯级发电量148.22亿kW·h。该方案以较小的电量损失换来了输沙量的大幅度增加,水沙调控效果显著,推荐为最优方案。研究成果量化了水沙调控效果和各目标间的转化规律,为开展黄河上游水沙调控提供了决策依据,具有重要的应用价值和实际指导意义。     

Timing effects on the fragmentation of small scale blocks of granodiorite

A series of small scale tests, simulating multi-hole blasts have been performed to establish the effect of delays on blast fragmentation. The blasts were performed in high quality granodiorite blocks, which were cut from stone prepared by dimensional stone quarry operations. The pattern used was equilateral triangular, with a distance of 10.2 cm between boreholes, which had a diameter of 11 mm, were loaded with detonating cord and the coupling medium was water. The delays used were achieved using different lengths of detonating cord for the cases of delays between 0 and 100 μs between holes and a sequential blasting machine firing seismic detonators for larger delays up to 4 ms. All fragments were collected and screened. The experiments showed that the worst fragmentation was achieved with simultaneous initiation of all charges. Fragmentation improved with the delay time between holes up to 1 ms between holes. If the experiments are scaled up, the results show that in granodiorite, fragmentation optimization requires delays of few milliseconds per metre of burden. The findings, agree with previously published work, involving larger scale experiments and other rock types.