富硫型水库沉积物AVS和SEM空间分布特征及重金属风险评价

随着湖库外源性污染的有效控制,沉积物污染特征成为影响湖库水环境质量的关键因素。本文以富硫型水库——汤河水库为研究对象,分析探讨水库沉积物的理化性质、重金属总量、酸可挥发性硫化物(acid volatile sulfide,AVS)和同步提取重金属(simultaneously extracted metals,SEM)的空间分布特征,采用沉积物基准法(sediment quality guidelines, SQGs)和AVS与SEM关系法对重金属可能诱发的生态风险和毒性效应进行评估。结果表明:汤河水库沉积物中AVS含量在0.03~51.75 μmol/g之间,并呈现坝前深水区>东支流库区>西支流库区的空间分布特征。根据Pearson相关性分析可知,汤河水库沉积物AVS含量与间隙水中SO₄^2-浓度、沉积物烧失量(LOI)含量呈显著正相关,与沉积物间隙水中NO₃^-浓度和沉积物pH呈现显著负相关。间隙水中SO₄^2-浓度和沉积物LOI含量是控制AVS产量的重要因素。水库沉积物中ΣSEM变化范围为0.52~2.75 μmol/g,呈现出东支流库区>坝前深水区>西支流库区的分布规律。水库沉积物中ΣSEM/AVS和ΣSEM-AVS的变化范围分别为0.06~22.73和-49.18~2.44 μmol/g,显示出水库坝前深水区表层0~10 cm沉积物不具有生态风险,而东、西支流库区沉积物中的SEM因为不能完全被AVS所固定而存在潜在生态风险。就单一重金属而言,汤河水库坝前深水区和东西支流中部区域沉积物Ni、Cu、Pb和Zn含量均介于临界效应含量(threshold effects level, TEL)值和可能效应含量(probable effect level, PEL)值之间,可产生低级风险毒性效应,但Ni的毒性效应风险接近中级,今后应予以重点关注。富硫型水库沉积物中容易出现高含量AVS,沉积物间隙水中SO₄^2-和NO₃^-的浓度是决定沉积物AVS净产量的重要因素。流域内重金属土壤背景值以及工业、采矿产业排放的废水类型直接影响着诱发生态风险的重金属种类。     

黄河上游近60年水沙变化特征及其影响因素

由于受人类活动及气候变化影响,黄河上游干流水沙特征发生显著变化。为探究黄河上游水沙变化情况,基于黄河上游5个水文站1964-2019年水沙、遥感影像等数据,利用Mann-Kendall检验法、滑动t检验法、累积距平曲线和双累积曲线等突变检验方法和小波分析法,对黄河上游水沙变化特征进行研究。利用水沙关系曲线及线性回归法等方法估算人类活动和气候对水沙变化的贡献率,并着重讨论梯级水库建设及土地利用变化对水沙的影响。结果表明:1)黄河上游玛曲-小川段流域内降雨量和径流量变化幅度不明显,贵德站、循化站、小川站1986-2019年年均输沙量分别减至1964-1985年的9.8%、24.6%、38.8%,输沙量大大减少。黄河上游玛曲-小川段径流量突变多在1986年,输沙量突变多在1969、1986、2004年,径流量存在8、16、22 a周期,输沙量存在4~8、18~21、27 a周期。2)1969年后,河流输沙能力增强,水沙关系显著改变。在不同时段内,人类活动对径流量变化在1987-2019年贡献率为66.3%,对输沙量变化在1970-1986、1987-2004、2005-2019年的贡献率为72.96%、70.73%、69.7%。人类活动对黄河上游干流水沙影响占据主导因素。3)刘家峡水库淤积最为严重,单库运行期水库淤积量为2.39亿t,排沙比变化范围为1.39%~10.7%。梯级水库联调使得径流量在1964-2004年间减少47.8%,1964-2019年间梯级水库减沙94.8%,梯级水库对输沙量影响远大于对径流量的影响。4)1980-2020年间,草地面积增加了1880.03 km²,增幅3.1%,有利于减少输沙量,草地拦沙效益大于截流效益。     

华南热带水库丰水期浮游植物群落对氮、磷、铁加富的响应——以广东大沙河水库为例

富营养化是水生态系统主要的环境问题,自然条件下多种营养盐以组合形式进入水体,明确浮游植物群落对多种营养盐加富的响应对富营养化防治有重要意义。本研究以一座华南热带水库(大沙河水库)为例,分析了2021年枯水期(1—3月)和丰水期前期(4—6月)氮(N)、磷(P)、铁(Fe)和叶绿素a(Chl.a)浓度的变化趋势,并通过原位添加实验,解析浮游植物丰度和多样性对N、P、Fe加富的响应。结果表明:与1—3月相比,4—6月期间水体总磷浓度(TP)明显升高,总铁浓度(TFe)呈增加趋势但月度间波动较大,总氮浓度(TN)在4月最低,之后缓慢增加,期间Chl.a浓度从3月的5 μg/L快速增加到5月的29 μg/L。原位实验结果表明:浮游植物群落以蓝藻、绿藻和硅藻为主要组成,所有营养盐添加组浮游植物丰度均有增加,但只有NP同时添加时(NP和FeNP两组)生物量(以Chl.a表征)有显著升高;营养盐添加组细胞丰度的响应在门类和种类间差异明显,实验组组间群落结构和优势种类差异显著,所有处理组的群落多样性均明显高于对照组。N和P添加及其与Fe的联合添加(N、P、NP、FeN、FeP和FeNP)均导致蓝藻丰度升高,绿藻仅在NP添加组(FeNP组和NP组)显著升高且两组没有显著差异,硅藻仅在N和P单独添加组(N和P)显著升高。上述结果说明浮游植物生物量受N、P营养盐的共同影响而非单因子作用,N、P和Fe添加均影响群落结构和多样性,对水库富营养化的管理尤其是蓝藻水华防治应综合考虑3种营养盐的共同作用。     

长江口青草沙水库前沿河床演变与失稳风险研究

位于长江口南北港分流口的青草沙水库是上海市最大的城市供水水源地,开展该水库前沿河床稳定性和失稳风险研究具有重要的理论意义和工程指导价值。基于此,利用长江口南北港分流口2000年至2013年期间实测的高精度地形资料,分析青草沙水库前沿河床近期地貌变化特征,为水库库堤安全预警提供相关理论支撑。结果表明:青草沙水库前沿河床冲淤变化在建库前后有明显差异,建库前总体表现为河槽冲刷、沙洲淤积,呈现准冲-淤振荡的性质;建库后变为幅度逐渐减弱的持续冲刷;沿河床河槽形态由U型向U型与V型河槽叠加的复式河槽转变。青草沙水库前沿沙体沿落潮主流方向下移,成形沙体呈先增长、再减少,最后趋于平衡的态势,隐形沙体大体呈减少趋势。青草沙水库库堤前沿近600 m位置是河床失稳的重点风险区域,尤其是水库库堤中上部河床处于不稳定状态,如前沿边坡所在河槽进一步逼近水库前沿,则河床面临进一步冲刷的可能。     

水库诱发地震作用下三峡库区基岩地震动模拟

使用接触单元建立三峡库首区断裂展布有限元模型,使用确定性的设定地震方法,为时程分析提供合理的水库地震动输入。二维有限元水平基岩地震动模拟结果表明,九畹溪断裂发生M5.5级构造型水库地震时,三峡大坝场址水平向基岩PGA为175 Gal;而高桥断裂发生M5.5级地震时,巴东县城场址水平向基岩PGA为303 Gal。断裂带两侧PGA出现明显的不连续特征,场址基岩地震动参数的计算有必要考虑该影响。     

基于Gassmann方程的流体替换方法在珊溪水库地震研究中的应用

引入基于Gassmann方程的流体替换方法,在分析地震波P波速度、波速比与岩石孔隙度和饱和度关系的基础上,应用于珊溪水库地震波速比和P波速度变化特征研究,得到:(1)珊溪水库震中区岩石始终处于接近水饱和的饱水状态,波速比和P波速度"下降-回升"的变化实质上反映了震中区岩石"孔隙度增大(饱和度减小)-饱和度增大"的变化,每一丛地震的波速比由极小值逐渐增大为极大值是由于岩石从不饱和状态变化到饱和状态;(2)根据每一丛地震波速比的变化,计算得到珊溪水库流体扩散率αs=1.06×104 cm2 s-1,该数值与美国南卡罗莱纳水库、巴西Acu水库、广东新丰江水库的流体扩散率基本一致;(3)震源区岩石孔隙度上限值为8.7%~2.0%,该数值与华东勘测设计研究院通过室内岩石物理力学性质试验测定的珊溪水库坝址区新鲜流纹斑岩的孔隙度平均值一致。     

新丰江水库显著地震前小震序列特征及应用研究

新丰江水库地区是近年来东南沿海地震带地震最为活跃的地区, 相继在2012年2月16日、 2013年2月22日发生了M_L5.2、 M_L5.1地震。 本文利用新丰江水库地区地震序列的分区丛集性, 通过研究各分区1972年以来的11次M_L4.5以上显著地震前小震序列, 发现11次地震中有8次震前90天内小震经历了“平静—活跃—平静—发震”的演化过程。 为了将研究成果应用于日常的震情预测工作中, 文中借鉴气象暴雨预警中的蓝—黄—橙—红四色分级预警模式, 提出了适合于小震丛集地区日常震情预测的分级危险度模式, 并利用新丰江锡场和大坝区2011年来的小震目录给出了应用实例。 实践证明此种方法最大的优势是可以给出预测区地震危险性相对的变化, 从而可以对区域的震情演化有一个较好的把握。     

水库诱发地震研究进展与思考

目前对于水库诱发地震机理的认识仍存在很多盲区,水库地震事件不断引发社会的广泛争议。我国西部水能资源的大力开发面临一定水库诱发地震风险,需要对此有更为科学的认识和判断。本文介绍了利用现代监测手段,结合地球物理学、地质学、地震学、岩石力学等相关学科开展水库诱发地震研究的最新成果。认为深入开展水库地震监测和监测资料分析,以科学地探索水库诱震机理,提炼水库诱震因素,揭示水库地震规律以及预测和识别水库诱发地震,为指导水库正确运行和灾后救援提供决策依据,是水电工程建设中急需开展的攻关课题。     

瀑布沟水库区域地震的重新定位

利用双差定位方法对瀑布沟水库区域内2006-10-13~2013-07-31之间发生的3 784个地震进行了重新定位,获得了3 601个地震的重新定位结果,到时残差平均为0.12 s,E-W、N-S和U-D三个方向上平均定位误差分别为0.15 km、0.17 km和1.10 km。重新定位结果显示,在研究区域内的西南方向和水库流域,地震分布密集,这个区域处于鲜水河断裂中南段、安宁河断裂北段和大凉山断裂北段的位置,此区域内地震震源深度主要分布在5~30km间,表明该区域的地震主要是构造活动引起的,而水库库区内地震震源深度主要分布在0~5 km区间,分布比较集中,该地区的地震为水库诱发和人工爆破引起的地震。     

Sediment settling in the Latian Dam in Iran

Among the difficulties that influence future dam operations,reservoir sedimentation is the most problematic for engineers.This study predicted the amount and pattern of sedimentation for use in estimation of the useful lifespan of reservoirs and identification of optimal locations for outlets and intakes at the initial stages of dam design.Hydrographic surveys of different dams can provide better insight into this phenomenon.Latian Dam in Iran has conducted hydrographic surveys during 7 time periods.The amount and process of sedimentation in this reservoir were determined,and predictions of distribution of sediments were validated by well-known,common methods.The formation of a delta in the reservoir was investigated for different time periods after operation.Future problems due to the impacts of sedimentation on dam operation and the useful lifespan of the reservoir were predicted.In addition,the study results may be used for developing empirical methods to predict sedimentation patterns in other reservoirs.