波浪作用下沉积物中重金属Cu释放规律研究

黄河水下三角洲位于半封闭的渤海内部,海底沉积物中重金属Cu污染严重,且该区域多发风暴潮,引起沉积物再悬浮甚至液化,导致沉积物中重金属Cu重新释放进入海水中。本研究以黄河口粉质土作为底床,采用室内波浪水槽试验模拟重金属Cu在不同水动力条件下,通过静态扩散、底床未液化状态下再悬浮以及底床液化状态下再悬浮3种方式进入上覆水体的释放过程。结果表明:上覆水体中重金属Cu的浓度分布与悬浮泥沙浓度分布密切相关,呈现出一致的变化规律;沉积物液化会明显促进重金属Cu向上覆水体中释放,底床液化再悬浮阶段上覆水体中溶解态Cu的浓度为静态扩散阶段的18倍,为底床非液化再悬浮阶段的11倍;此外,底床液化会导致沉积物中重金属Cu向深处扩散,扩散深度约为沉积物液化深度的一半。     

渤海滩涂沉积物中石油烃迁移特征

渤海天津段滩涂蕴藏丰富的贝类生物资源,但由于兼有海、陆两种不同属性的环境特征,环境和生态十分脆弱[1].进入20世纪80年代以来海岸带已受到石油类的严重污染,在海水和沉积物中均检出石油烃,而且有超标迹象[2].石油进入海洋环境后迁移、转化的过程十分复杂,这一过程与水动力条件密切相关[3,4],海水中的石油烃吸附在悬浮物上随潮流迁移,同时沉淀在海底和潮间带的沉积物上[5,6].沉积在滩涂沉积物表层的石油烃在潮水作用下向滩涂沉积物深部迁移,在迁移过程中被沉积物固体颗粒吸附,残留于沉积物的一定深度内,同时进入沉积物中的石油烃又受到沉积物中微生物的降解.     

超声萃取气相色谱法检测海洋沉积物中的总石油烃

简便快速准确的沉积物中石油烃检测方法的建立对于评估海洋环境中石油的污染程度,以及对应防治措施的选取意义重大.本文探讨了索氏提取、振荡提取和超声萃取法对沉积物中总石油烃的提取效率,并用正交实验优化提取条件.得到的最优方法为:59沉积物加15 mL二氯甲烷超声萃取4次,每次15min,硅胶和氧化铝净化提取液,GC-FID检测.用此方法提取加油量为lmg/g沉积物,回收率均值达99.4％,标准偏差为1.9％,重复性好.     

波浪作用下沉积物中氮、磷释放速率的试验研究

湖泊或海湾中的沉积物吸附氮(N)、磷(P)等元素所形成的沉积层成为水体富营养化的內源。在波浪作用下,尤其是强浪作用下,沉积物中的N、P会通过内源释放作用大量进入水体中。本文在自制的U型水槽中开展实验,采用不同水头差来模拟波浪的循环荷载作用,研究了沉积层中的N、P在静置固结状态(Ⅰ)、加波未液化状态(Ⅱ)、加波液化状态(Ⅲ)下的释放规律,并给出该试验条件下的沉积物释放速率的拟合方程。试验结果表明:沉积物中总氮(TN)和溶解性总氮(TDN)的释放速率会随着水动力作用的增强而增加;总磷(TP)、溶解性总磷(TDP)和活性磷酸盐(SRP)的释放速率也随着水动力作用增强而增加,但水体中悬浮物(SS)含量过高会限制其释放速率。     

河口污染沉积物中重金属释放与迁移的围隔生态系研究

利用围隔式生态实验装置研究了加拿大False河口污染沉积物中重金属Pb、Zn、Cd、Cu在海水环境中的行为。实验模拟了 4种环境条件 :( 1)高生产力 ;( 2 )低生产力 ;( 3 )高悬浮物含量 ;( 4 )还原环境。结果表明 ,污染沉积物中重金属在海水环境中的行为既取决于元素自身性质 ,亦受外界环境条件制约。还原环境能抑制重金属的释放 ,有助于体系中原有的重金属清除出水柱。低生产力条件下 ,Pb、Zn表现出释放行为 ,而高生产力和高悬浮物含量条件下 ,Pb、Zn表现出先释放后迁移 ,而Cd、Cu则呈现出相反的图象。研究了实验期间 4种重金属释放与迁移的净通量 ,表明氧化条件下Cu、Zn净释放通量比Cd、Pb高 1～ 2个量级。研究表明 ,添加粘土及向还原环境倾倒均有助于减轻污染沉积物倾倒后重金属的二次污染     

河口污染沉积物中生金属释放与迁移的围隔生态系研究

利用围隔式生态实验装置研究了加拿大Ｆａｌｓｅ河口污染沉积物中重金属Ｐｂ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｃｕ在海水环境中的行为。实验模拟了４种环境条件：（１）高生产力;（２）低生产力;（３）高悬浮物含量;（４）还原环境,结果表明,污染沉积中重金属在海水环境中的行为既取决于元素自身性质,亦受外界环境条件制约,还原环境能抑制重金属的释放,有助于体系中原有的重金属清降出水柱,低生产力条件下,Ｐｄ、Ｚｎ表现出释放行为,而高生产力和高悬浮物含量条件下,Ｐｄ、Ｚｎ表现出先释放后迁移,而Ｃｄ、Ｃｕ则呈现出相反的图象。研究了实验期间４种重金属释放与迁移的净通量,表明氧化条件下Ｃｕ、Ｚｎ净释放通量比Ｃｄ、Ｐｂ高１～２个量级。研究表明,添加粘土及向还原环境倾倒均有助于减轻污染沉积物倾倒后重金属的二次污染。     

河北黄骅近岸石油污染对海洋生物体内石油烃含量的影响

对河北黄骅沿海1995年2次调查所捕获的鱼、虾、贝类等18种样品的测定结果表明,受测海洋生物均检出石油烃,双壳类生物体内石油烃含量高于甲壳类和鱼类.该海域海洋生物体内石油烃含量水平远低于国内外污染严重的水域.从分析结果看,该海域目前石油污染特点主要以慢性油污染为主.     

水流作用下沉积物中多环芳烃的释放过程研究

采用环形水槽研究了沉积物中多环芳烃(PAHs)的释放过程,通过测定水相PAHs浓度考察不同流速下沉积物中PAHs释放情况。试验结果表明,沉积物中PAHs释放速率和释放量受水流流速影响很大,总体上∑PAHs浓度随水流流速增加呈上升趋势,从开始静水时的5.602 ug/L增加到流速为60 cm/s时的22.158 ug/L;各层∑PAHs浓度随流速增加变化趋势有所不同,表层和中层∑PAHs浓度随水流流速的增加呈现上升后下降的趋势,当水流流速分别为20 cm/s和25 cm/s时,表层和中层最大浓度分别为1.816 ug/L和1.902 ug/L;底层呈逐渐上升的趋势。各物质随水流变化表现出的变化趋势略有不同,各层苊烯和蒽浓度随水流作用变化不大,萘、苊、菲、荧蒽、芘和屈随水流变化总体上呈现上升后下降的趋势。研究还发现沉积物再悬浮引起PAHs释放的同时伴随着沉积物对PAHs的吸附过程。     

石油烃胁迫下3种微藻的生长动力学研究

为探讨石油烃对海洋生物的毒性效应机制,并对海洋石油污染的预防和治理提供理论依据,本文研究了0#柴油石油烃对3种海洋微藻生长的影响。实验结果表明石油烃对微藻有"低促高抑"的现象:当石油烃质量浓度10 mg/L时,抑制青岛大扁藻的生长;当石油烃质量浓度30 mg/L时,则抑制三角褐指藻的生长;抑制聚球藻的石油烃质量浓度范围为20 mg/L,且质量浓度越大抑制效果越明显。但低质量浓度石油烃污染物则易促进其生长。在Logistic生长模型的基础上,结合Lorentz方程和Exponential方程,引入石油烃污染物质量浓度项,建立石油烃污染物条件下的海洋浮游植物生长的模型。Lorentz方程可描述0#柴油烃对浮游植物生长速率参数的影响,Exponential方程可描述0#柴油烃对浮游植物生物量的影响,实验验证该模型是合理的。     

河口表层沉积物中磷酸盐释放的动力学特征

研究与探讨了胶州湾李村河河口区3个采样点表层沉积物中磷酸盐释放行为及盐度、温度、波浪强度、悬浮物浓度对磷酸盐释放动力学过程的影响。认为磷酸盐释放的动力学过程大致可分为3个阶段:①0~1 h快速释放阶段;②1~8 h缓慢释放阶段;③8 h之后的平衡阶段。盐度升高可以促进磷酸盐释放,当盐度从0升高到10时,磷酸盐释放量增幅最大,说明磷酸盐释放对水相盐度的突变有较强的敏感性。温度升高有利于磷酸盐释放,在低温(20 ℃)条件下磷酸盐释放的过程有明显差异;温度较低时快速释放速率与缓慢释放速率相当,而温度较高时快速释放速率是缓慢释放速率的10倍。波浪强度对磷酸盐释放过程的影响与温度类似,当沉积物处于充分悬浮状态时,磷酸盐释放量会有大幅度提高;当悬浮物浓度降低时,快速释放速率与缓慢释放速率都有大幅度提高,释放总量也显著增加。     

曹妃甸近岸海域石油烃污染物的来源与空间分布研究

以曹妃甸邻近海域为研究区,利用生物标志化合物地球化学参数分析了表层沉积物中石油烃类的主要组成和分布特征,探讨了石油烃污染物的来源。结果表明,曹妃甸邻近海域表层沉积物中正构烷烃为混源,且陆源贡献小于海洋源。地质构型藿烷、甾烷在甾萜类化合物中为优势组分,且萜甾烷参数显示了有机质成熟度较高。饱和烃的多种地球化学参数显示了该区域表层沉积物可能受到成熟度较高的石油烃输入及其后期微生物降解的影响。该研究将为曹妃甸近岸沉积物输移研究提供基础资料,进而为曹妃甸围填海工程的科学决策提供相关科学数据。     

广东沿海近江牡蛎氯代烃和石油烃含量分布与变化趋势

根据历史调查资料和近年的观测数据,比较了广东沿海近江牡蛎Crassostrearivularis体中氯代烃和石油烃含量的地理分布与时间变化。2003年牡蛎体中六六六、滴滴涕、多氯联苯平均含量(湿重)分别为0.469、3.40和45.1ng·g-1,地理分布为粤东岸段>粤西岸段>珠江口。1989年以来六六六、多氯联苯含量呈持续下降趋势,滴滴涕含量在1989—1993年呈下降趋势,但在2003年明显反弹。牡蛎体中石油烃年平均含量1989年以来有一定的波动,2003年为4.75μg·g-1(湿重,大港原油当量),地理分布为珠江口>粤东岸段>粤西岸段。     

渤海近岸海域石油类污染变化趋势

利用渤海海域多年来的环境监测数据,采用趋势变化图和Mann-Kendall统计检验法分析渤海近岸和各主要海湾河口海水、沉积物和贝类中石油类污染的变化趋势,并初步分析污染的来源。结果显示:沉积物和贝类中石油类的含量和超标率多年来呈现明显的上升趋势,海水变化则不够明显。由于石油类不易滞留于水相中,却倾向与沉积物结合或者富集于生物体内,因此沉积物和生物稳定地指示了海洋环境中石油类污染的变化情况。各主要海湾河口Mann-Kendall趋势统计结果显示:辽东湾、渤海湾、黄河口、莱州湾和大连近岸沉积物中石油类均呈现显著上升或者上升的变化趋势。渤海石油输入来源分析表明,陆源排污尤其是河流仍然是海洋中石油类最直接和最主要的来源,应该实现陆海统筹,实行总量控制。另外渔船排放石油类的量近年来增长较快,由于渔船属于线源排放,其污染面广,治理和清淤难度较大,因此也需要引起有关部门重视。     

Responses of macrobenthic communities to patchy distributions of heavy metals and petroleum hydrocarbons in sediments:A study in China's Zhoushan Archipelago

This study conducted four cruises during 2014–2017 to investigate relationships between macrobenthic communities and sediment contaminations in sea area around the Zhoushan Archipelago. Fourteen sites were categorized into three groups: high total heavy metal contamination content(HHMC), high total petroleum hydrocarbon content(HTPH), and low content ratio of heavy metal contamination content to total petroleum hydrocarbon content(HMC/TPH) areas. Four main taxa of macrofauna(polychaetes, bivalves, gastropods, and crustaceans) were determined to respond to environmental factors differently. While tolerant polychaetes being the minimal impact by environmental factors, bivalves were threated by heavy metal pollutions in sediment.Additionally, body size distribution frequency demonstrated that macrofauna in the low HMC/TPH areas were less disturbed by contamination than those in the HHMC and HTPH areas. The result represented the presentation of sensitive species while tolerant species are usually considered as small size organisms. Overall,this study confirmed the hypothesis that the contamination levels of small-scale patches is indicated by the condition of macrobenthic communities.     

Oil migration through preferential petroleum migration pathway (PPMP) and polycyclic faults: A case study from the Shijiutuo Uplift,Bohai Bay basin,China

The Shijiutuo uplift is an oil enriched uplift in the offshore Bohai Bay Basin. Petroleum migration is a key factor for oil enrichment in Neogene reservoirs far away from the hydrocarbon kitchen. In this article, an integration of geological, geophysical and geochemical analyses are employed to investigate the petroleum migration and accumulation on the Shijiutuo uplift. Hydrocarbons in the QHD32-6 and QHD33 oilfields are mainly originated from the third (E₂s₃) and first (E₂s₁) member of the Shahejie Formation. The shallow traps have significant contributions of late-stage E₂s₁-derived oil. Lateral petroleum migration is a major mechanism forming large oilfields on the Shijiutuo uplift. The large oilfields have multiple hydrocarbon kitchens, multiple source rocks, and numerous preferential petroleum migration pathways (PPMPs). Once petroleum arrives at the structural highs on the Shijiutuo uplift through the Guantao Formation (N₁g) carrier-beds, neotectonic faults cutting through Guantao (N₁g) and Minghuazhen (N₁m^L) formations could serve as effective conduits for vertical petroleum migration. Neotectonic faults have experienced polycyclic fault activities. Fluid inclusions indicate episodic hydrocarbon charging. Crude oils display duplex properties of biodegradation and non-biodegradation, which is strong evidence for multiple and episodic oil charging on the Shijiutuo uplift. Finally, episodic petroleum charging along polycyclic neotectonic faults causes the late-stage E₂s₁-derived oils to occur in the shallow reservoirs.     

Comparison between petroleum hydrocarbon concentrations and magnetic properties in Chennai coastal sediments,Bay of Bengal,INDIA

Petroleum hydrocarbon concentrations (PHC) of surface sediments along the Chennai coast, India, were measured by UV-Fluorescence (UVF) Spectroscopy and the results are expressed in terms of Chrysene equivalents. The concentration of PHC in sediment varies widely (from 1.88 ppm to 39.76 ppm) as compared to the baseline (1.88 ppm) with higher values obtained in the northern part of the study area. The highest magnetic susceptibility (96.8 × 10⁻⁸ m³kg⁻¹) value was determined from the Chennai harbour area. The magnetic parameters show that the Chennai coastal sediments are dominated by ferrimagnetic minerals. The positive correlation (r² = 0.86; p < 0.05) between petroleum hydrocarbon concentrations and magnetic susceptibility suggests that the magnetic minerals and petroleum hydrocarbons along the Chennai coast are derived from the same sources. Factor analysis shows that the magnetic concentration dependent parameters (χ, χ_ARM and SIRM) covary with the petroleum hydrocarbon concentration, suggesting that large amounts of magnetic minerals originate from anthropogenic activities. It is evident that using magnetic measurements may be considered a simple, rapid, cheap and non-destructive method to determine petroleum hydrocarbon concentrations in coastal sediments. Furthermore, this technique may be applied to petroleum exploration studies. Magnetic susceptibility measurements in sediments have been proposed as complementary or alternative means of exploration and assessment of hydrocarbon reservoirs.     

长江河口波-流共同作用下的全沙数值模拟

针对长江河口地形、水文、泥沙运动等复杂的特点,建立了波-流共同作用下的二维全沙及河床演变模型.在合理计算研究区域流场等的基础上,利用切应力概念确定悬沙扩散方程中的源函数;通过系列数值试验和实测资料的统计分析,在经典的泥沙临界起动速度中引入反映河床底质结构及固结程度的局地系数;选用由流速、盐度、含沙量浓度确定的泥沙颗粒絮凝沉降速度,从而提高长江口悬沙场数值模拟精度.在底沙输运计算中,提出一种较为合理确定有关参数的方法.通过洪、枯季大、中、小潮水文、泥沙资料和典型台风引起航槽冲淤变化的实测资料验证,表明该文提出的模型能较合理地反映长江河口流场、泥沙场及地形的演变.     

粤东柘林湾表层沉积物中的多环芳烃

近岸海域是绝大数污染物的最终归宿,其中多环芳烃(PAHs)的污染目前已成为国内外环境问题的焦点之一[1~3].20世纪80年代以来,国内外对河口湾、港湾、近岸海域等海洋环境中PAHs的含量、组成、分布、归趋及来源等做了大量的调查[4~15].比如,中国科学院广州地化所对珠三角水域和厦门大学对厦门港一带均做了大量的工作,结果发现表层沉积物中16种优控PAHs总量在珠江口达到156~9220 ng/g,闽江口为175~817ng/g,厦门西港则在196~675 ng/g之间,证明我国东南沿海主要河口及港湾沉积物中的PAHs污染已经达到中等水平[13~15].