海湾水库沉积物对水体咸化影响的时间尺度

为预测海湾水库沉积物盐分释放对库水咸化影响的持续时间,建立了描述沉积物孔隙水盐分剖面分布的非稳态数学模型,并优化选取模型的边界条件与关键参数(沉积物孔隙水盐分的扩散系数)。稳态与非稳态条件下沉积物盐分释放的对比分析表明,在计算污染沉积物对其上覆水水质的影响时间时,按非稳态释放更符合实际情况。非稳态盐分释放的计算结果表明,拟建沐官岛海湾水库沉积物中盐分释放对库水咸化的影响时间将大于600年,该影响时间远长于水库的寿命;表明在水库的整个生命周期内,均需要定期监测海湾水库底层水的盐分浓度,并需采取有效措施预防水体的突然泛咸,而不能仅在建库初期关注咸化问题。     

生物膜作用下沉积物-水界面溶液中pH和磷含量变化

采集城市排污水渠中的沉积物样品和底栖生物样品,应用微电极原位pH测量技术测量沉积物-水界面溶液的pH值,电感耦合等离子体发射光谱法测定沉积物提取液中上覆水和空隙水中生物可利用磷的含量,研究了沉积物表面的生物膜对城市河流沉积物-水界面微环境中pH值和磷含量的影响。研究表明沉积物表面的生物膜由藻类(蓝藻门颤藻属Oscillatoria和硅藻门的菱形藻Nitzschia)和微生物组成,由于藻类的光合作用和微生物作用,沉积物空隙水中的溶解氧和CO2发生变化,因而改变了界面附近的pH值、氧化还原电位等物理化学条件,同时改变了界面附近溶液中磷的浓度和浓度梯度。在生物膜作用下,剖面中空隙水的pH和pH变化梯度、磷的浓度和浓度梯度高于非生物作用条件下。磷在生物藻垫的空隙水中高度富集。在生物膜存在情况下,在空隙水中形成了与非生物作用下相反的pH值和磷浓度的耦合关系。无生物作用的沉积物空隙水中pH越偏离中性,沉积物中磷的释放量增加,空隙水中磷含量增加;在生物膜作用下,pH由弱酸性向中性变化时,沉积物中磷的释放量增加,空隙水中磷含量增加。依据界面附近pH值和磷的变化规律,可以将沉积物-水界面附近的生物作用分为生物膜的固定作用区和攫取作用区。     

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。     

pH对长江下游沉积物中重金属元素Cd、Pb 释放行为的影响

河流沉积物中的重金属元素对水生生物和人类具有潜在的危害性,主要是由于环境条件的变化会使沉积物中的重金属元素释放到水体中。因此,研究影响沉积物中重金属元素释放的因素是十分重要的。研究了长江下游沉积物在不同pH条件下重金属元素Cd、Pb的释放能力和释放前后Cd、Pb形态的变化。结果表明,Cd、Pb在沉积物中的释放主要是在酸性条件下发生的,并且释放率随pH的升高而迅速降低,pH＞7.0后,释放率都非常低。释放能力Cd明显大于Pb。形态分析的4个典型沉积物样品中,Cd在南京位点样品中主要存在于残渣态中,其余3个位点样品主要存在于弱酸态和可还原态中,Pb在4个典型沉积物样品中主要存在于可还原态中。pH的变化使沉积物中Cd的各形态都不同程度地发生了释放,弱酸态和可还原态释放的程度最大,而Pb的各个形态释放都不明显。     

沉积物中磷的赋存形态及磷形态顺序提取分析方法

阐述了当前我国水体富营养化的现状,水体的富营养化与水体中磷、氮的浓度以及二者的浓度比值有着密切的关系。水体富营养化时氮和磷的浓度均很高,但没有一个固定的值,是在一个较宽泛的富营养范围内,氮和磷的浓度比值大多在10∶1～20∶1。湖泊沉积物作为湖泊水体中磷的重要蓄积库,是湖泊流域磷循环的重要归属,也是湖泊水体内源性磷的主要来源,沉积物中极少量的稳定磷转化为活性磷就会造成湖泊水体富营养化。文中介绍了沉积物中无机磷形态的分类,评述了欧盟标准局在研制湖泊沉积物磷形态标准物质时比对采用的4种提取方法(Willimas法、Hieltjes-Lijklema法、Ruttenberg法、Golterman法),总结了国内外学者所应用的沉积物中磷的各种形态提取方法和磷各形态的分析测定方法,国内学者应用的方法是在国外学者方法的基础上提出的,阐述了顺序提取方法及其地球化学意义。简要评述了湖泊沉积物中磷的生物释放、物理释放和化学释放三种释放机制,这三种释放机制相辅相成,在一特定的环境条件下某一过程可能占主导地位来控制沉积物磷的释放。最后提出应该加强对沉积物中磷的各种形态的专属提取剂及其提取有效性的分子表征和检测,更加细化对于沉积物中磷形态的分类和创新各种磷形态的分析方法,建立沉积物-水体磷的迁移、循环和转化模型,这对于从根本上解决富营养化问题具有重要意义。     

沉积物磷原位钝化技术研究进展

水体磷含量是湖泊富营养化最主要的限制因子之一.伴随着湖泊流域工农业发展,外源污染物的长期输入致使沉积物中蓄积了大量的磷及其他污染物.湖泊沉积物一方面是水体磷重要的汇,但另一方面还是水体磷重要的源.在单纯控制湖泊外源污染条件下,沉积物磷的释放仍可导致水体持续富营养化,湖水水质得到明显改善通常需要数十年,因此控制湖泊沉积物内源污染释放是快速恢复湖泊水质必不可少的措施.沉积物内源污染控制技术包括生物修复、环保疏浚以及原位钝化技术.受水深等环境条件限制,生物修复技术和环保疏浚在深水、亚深水型湖泊难以实施.沉积物磷原位钝化技术具有生态、经济、快速和效果稳定等特点,在控制湖泊底泥内源污染中可望发挥重要作用,尤其适合于深水、亚深水型湖泊内源污染控制.系统阐述了不同沉积物原位钝化剂的钝化原理,对比分析了铝盐、铁盐、钙盐和粘度矿物作为磷钝化剂的优缺点和应用条件,概述了国内外沉积物原位钝化技术的应用现状,在此基础上提出了沉积物原位钝化技术未来的重点研究方向:一是研究发展新型钝化剂;二是因地制宜,探索适合不同类型湖泊的底泥原位钝化技术体系;三是加强底泥原位钝化技术与其他技术的联合应用研究与示范;四是加强钝化剂负面影响评价,建立科学的应用技术方案.     

密云水库中总磷迁移转化机制的分析

通过对2001、2002年进行的四次大规模取样测试结果进行分析,认为密云水库目前为中营养型水库,富营养化趋势明显,水中磷的主要来源为以工业、生活污水及水土流失携带进入水体的外源磷和以水库底泥释放为主的内源磷。磷在表层水中浓度小于底层水中的浓度,东西库区的浓度小于内湖的浓度;垂向上由上至下逐渐增高。磷的迁移转化途径为:一部分在水体悬浮物表层吸附或沉积,另一部分被水中的藻类吸收,进入生物作用。对水中磷的迁移转化影响较大的因素为:水中的pH值、溶解氧含量、温度、水动力条件及生物作用。     

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。     

波浪扰动对太湖底泥磷释放影响模拟

为揭示波浪扰动对湖泊底泥磷释放的影响,在波浪水槽中模拟了不同波高情况下扰动对水体、水土界面、底泥间隙水的磷、溶解氧等的影响.结果显示,在大波扰动下,沉积物大量悬浮,水体总磷随之增加,溶解性磷增加却不显著;波浪扰动显著增加了水体和沉积物界面的溶解氧浓度,并增加了溶解氧在沉积物的侵蚀深度;波浪扰动降低了沉积物表层10 cm内间隙水中的磷浓度,而10 cm以下沉积物中间隙水中磷浓度基本保持不变.研究表明,波浪扰动可迅速增加水体中颗粒态的营养盐,但是对于溶解态营养盐,尤其是水体中活性磷浓度的影响,则受沉积物性质、水-沉积物间隙水磷浓度差,以及水-沉积物中氧含量等多方面因素的影响.     

双塔水库水质对人类活动的响应分析

选取1993～2008年瓜州县人类活动数据及双塔水库水质指标年平均值进行主成分分析,去除冗余信息后进行多元线性回归分析,得到四组反映人类活动对水库水环境影响情况的回归方程。说明对双塔水库水质起主要影响作用的是农业活动和因农业活动引起的土地利用变化,农业活动的非点源污染是水库水质的主要污染源,水库水质仍存在富营养化的风险;工业活动对水库水质的影响没有在回归方程中体现出来。在农业活动过程中,耕地面积每增加10 000亩促使pH值上升0.062、溶解氧值下降0.046、高锰酸钾指数上升0.103、COD值上升0.617;而每增加10 000t的氮肥施用量会引起pH值升高1.837;总人口每增加1万人,COD值上升0.798。     

The research of phosphorus of Xiangxi River nearby the Three Gorges, China

The Xiangxi River is the first middling tributary of the Changjiang River near the Three Gorges Dam. The River is subject to phosphorus pollution mainly from industrial wastewater. As the water quality of the Xiangxi River could directly influence the water quality of the Three Gorges Reservoir, the research on phosphorus levels and its change in the sediment profile of the Xiangxi River could provide useful information in the dynamic changes in the system, thereby offering options for mitigative measures. Water and sediment samples from lower reaches of Xiangxi River were collected and the different forms of phosphorus in sediments of the Xiangxi River were studied. The concentrations of total phosphorus in sediment ranged from 757.67 to 1438.54 mg/kg. Inorganic phosphorus concentrations ranged from 684.63 to 1055.58 mg/kg. Phosphorus contamination was serious in some parts of the Xiangxi River. With an average concentration of 635.17 mg/kg, calcium-bound phosphorus is the main form among different inorganic phosphorus forms. Labile phosphorus and iron/aluminum-bound phosphorus measured 3.40, 0.05and 35.28 mg/kg, respectively. The mobilization potential of phosphorus of sediments was studied through adsorption and release experiments. The equilibrium concentration of phosphorus adsorption and release was around 0.1 mg/L. The initial concentrations of phosphorus in the overlying water and the sediments have obvious effect on phosphorus mobilization potential. In addition, the release rate of phosphorus in sediment increased with water depth.     

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。     

上覆水溶解氧水平对苏州城市河道底泥吸附/释放磷影响的研究

为了解上覆水体中溶解氧水平对底泥释放磷的影响,采用室内静态模拟的方法,控制在无外源污染的情况下,模拟水体的三种溶解氧水平范围,好氧、厌氧和自然状况,研究不同的溶解氧水平对底泥释放或吸附营养盐的影响。研究结果表明,溶解氧小于0.5mg/L的厌氧状况能加速底泥中磷的释放,溶解氧大于5.0mg/L的好氧状况则抑制底泥中磷的释放。因此要提高水质,降低内源负荷(底泥中)磷的释放,应该控制水体中的各种耗氧物,提高水体的溶解氧水平。     

澜沧江高坝大库物质迁移转化特征及其机制

针对澜沧江高坝大库对物质迁移转化的影响问题, 自主研发了深库智慧采样设备和潜流带动态监测系统, 于2016年、2017年、2018年开展了澜沧江上游1 290 km的9个梯级水库的监测分析, 实现了280 m最大工作水深的垂向分层水样与沉积物样无扰动采集和潜流带水土环境界面的多指标监测。研究发现: 梯级水库促进了水体中生物有效磷、氨氮占比和沉积物中生物有效磷释放的沿程增加;沉积物中甲基汞的分布与泥沙颗粒沉降有关, 受到水力停留时间和库龄的共同调控;温室气体的排放通量因建坝有所提升, 但远低于世界平均水平;潜流带因干湿交替频率和面积的增加, 加强了水库关键带脱氮和温室气体削减效应;水库中微生物群落并未因建坝隔离, 在沿程和垂向上, 水温都是其关键影响因子。     

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。     

Comparison between the lower Nansi Lake and its inflow rivers in sedimentary phosphorus fractions and phosphorus adsorption characteristics

There were many differences between rivers and lakes such as flow velocity, hydraulic retention time, water vegetation community and other chemical-physical factors that may lead to different characteristics of sedimentary phosphorus. In our research, sedimentary phosphorus fractions and its phosphorus adsorption differences between the lower Nansi Lake and its main inflow rivers were compared. The results showed that the contents of NaOH-P, Org-P, IP-P, and TP in lake sediments were obviously higher than those in its inflow river sediments while HCl-P had no obvious difference between them. Based on analysis, the unstable NaOH-P would accumulate in lake sediments, while it is difficult for it to retain in sediments of rivers because of a high frequency of flood flows and unstable bed sediments. In addition, water vegetation communities were helpful in the accumulation of Org-P in lake sediments. From phosphorus adsorption experiments results, the Ceqc (equilibrium concentration of phosphorus release/adsorption) of lake sediments was higher than that of river sediments. It was indicated that sedimentary phosphorus would be more easily released from lake sediments than river sediments. So in future more work should be focused on internal P loading from lake sediments release.     

不同干燥方式对湖泊沉积物磷提取的影响

以滇池5个典型区域表层沉积物为例,研究了自然风干、低温烘干和真空冻干等3种干燥方式对沉积物中磷的形态含量及其生物有效性测定的影响。结果表明：烘干、风干过程促进了沉积物有机磷的降解转化和微生物磷的释放,导致有机磷的含量偏低,总磷含量却比冻干高。各形态磷受不同干燥方式的影响程度不同,风干样品中BD-P较高,冻干样品中NaOH-rP含量最高,NH4Cl-P、HCl-P、残渣磷（Residual-P）由于含量较低或其化学性质比较稳定而差异不大。冻干样品中生物可利用磷分别比风干、烘干高26.7%、20.2%,表明冻干处理能较为真实地反映沉积物中磷的组成特征,是比较理想的样品干燥方式。各形态含量顺序为：藻类可利用磷（AAP）〉NaHCO3可提取磷（Olsen-P）〉水溶性磷（WSP）〉易解吸磷（RDP）。沉积物中Olsen-P与NH4Cl-P、BD-P、NaOH-rP、活性磷及上覆水体总磷水平呈显著正相关,因此可作为评价滇池沉积物磷的生物有效性的重要指标。