Comparing long term sediment records to current biological quality element data - Implications for bioassessment and management of a eutrophic lake

Defining reference conditions for lakes situated in areas of human settlement and agriculture is rarely straightforward, and is especially difficult within easily eroding and nutrient rich watersheds. We used diatoms, cyanobaterial akinetes, remains of green algae and chironomid head capsules from sediment samples of Lake Kirmanjärvi, Finland, to assess its deviation from the initial ecological status. These site-specific records of change were compared to current type-specific ecological status assessment. All paleolimnological data indicated deviation from natural conditions and mirrored the current, monitoring-based assessment of “moderate” ecological lake status. However, the sediment data showed that the lake should be re-typified as a naturally eutrophic lake. Sediment records as well as current monitoring data indicated temporary improvement in water quality in response to extensive fish manipulation. Our results suggest that paleolimnological records can be used to derive site-specific reference conditions and that extensive restoration efforts can result in gradual, observable improvements of water quality and ecological status.     

Diagnosis of river basins as CO2 sources or sinks subject to sediment movement

Sediment movement during erosion, transport and deposition greatly affects the ecosystem of river basins. However, there is presently no consensus as to whether particular river basins act as carbon dioxide (CO₂) sources or sinks related to these processes. This paper introduces a rule‐of‐thumb coordinate system based on sediment delivery ratio (SDR) and soil humin content (SHC) in order to evaluate the net effect of soil erosion, sediment transport and deposition on CO₂ flux in river basins. The SDR–SHC system delineates CO₂ source and sink areas, and further divides the sink into strong and weak areas according to the world‐average line. The Yellow River Basin, most severely suffering soil erosion in the world, only appears to be a weak erosion‐induced CO₂ sink in this system. The average annual CO₂ sequestration is ~0·235 Mt from 1960 to 2008, a relatively small value considering its 3·1% contribution to the World's sediment discharge. The temporal analysis shows that the Yellow River Basin was once a source in the 1960s, but changed its role to become a weak sink in the past 40 years due to both anthropogenic and climatic influences. The spatial analysis identifies the middle sub‐basin as the main source region, and the lower as the main sink. For comparison, sediment‐movement‐related CO₂ fluxes of eight other major basins in four continents are examined. It is found that the six basins considered in the Northern Hemisphere appear to be sinks, while the other two in the Southern Hemisphere act as sources. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

钢结构高温响应影响因素的研究

根据考虑几何和材料非线性及温度沿杆件截面高度线性分布等因素对钢结构常温和高温响应影响的基本方程,用自行编制的计算程序对单层双跨钢框架进行结构非线性温度响应研究,分析了弯曲应变、屈强比、梁柱刚度比、初始弹性模量等因素对结构响应的影响,并研究了温度步长、保护层厚度对结构耐火时间的影响。由计算结果发现,弯曲应变、初始弹性模量、梁柱线刚度比对梁跨中挠度及边柱柱顶水平位移影响较大,而对柱顶竖向位移影响不明显;当结构有防火保护层时,时间步长对结构耐火时间的影响不大,而保护层厚度对结构耐火时间的影响较明显。     

最近60年来气候变化和人类活动对山地河流入海径流、泥沙的影响——以胶东半岛南部五龙河为例

采用Mann-Kendall非参数检验法、累积距平法、有序聚类分析法及线性回归等数学方法,以胶东半岛五龙河流域为例,对最近60年来气候变化和人类活动对山地河流入海径流、泥沙的影响进行了研究。结果表明,20世纪50年代以来五龙河入海径流、泥沙量均呈现出显著的阶段性逐级减少趋势。最近60年来,五龙河年径流量和输沙量主要集中在6—9月;主要受年降水量变化影响,年径流量从1980年开始显著减少,并在1966年出现较大波动;受年降水和径流变化影响,年输沙量也分别在1966和1980年呈减少突变;总体来看,年输沙量减少的趋势性要强于径流量。除气候变化影响外,1966年以来流域内大面积坡耕地改梯田和园地、林地建设等人类活动,也是造成河流径流、泥沙减少的重要原因。整体而言,最近60年来,气候变化和人类活动因素对五龙河入海水沙总量减少的贡献率分别为70%—80%和20%—30%。     

基于船载ADCP观测对罗源湾湾口断面潮流及余流的分析

基于对罗源湾可门水道的25 h连续走航ADCP观测,成功构建了沿走航断面共12个站位的连续海流时间序列,并对这些站位的潮流、余流以及潮通量等进行了分析。结果表明可门水道内的潮流为正规半日潮流,驻波性质明显,涨潮首先出现在水道中下层而退潮则首先发生在水道上层。水道内的潮流为往复流,水道南部M₂分潮流流速较大,并且其倾角自北向南逐渐增加。此外,水道两端的浅水区域内浅水分潮M₄振幅较显著。可门水道内余流呈现出两层结构,20 m以浅余流沿东北向流出海湾,并且出流的核心位置偏南,而20 m以深的余流沿西南向流入湾内,入流的流核位于偏北的近底层区域。对潮通量的积分计算表明通过可门水道进入罗源湾的潮通量约为4.81×108 m3。     

长江口北支强潮河道悬沙运动及输移机制

随着崇明北侧岸滩的自然淤涨和人工圈围,北支河道显著束窄,"喇叭口"顶点位置下移。在新的地形及流域来水来沙变异背景下,作为长江河口的分支强潮汊道,其悬沙运动与输移特点值得探讨。根据2010年4月小潮至大潮连续8 d的半个半月潮水沙观测,结合多年不同河段水沙观测数据得到的含沙量过程曲线显示:整个河道潮流强、含沙量高,含沙量过程曲线呈 "单峰-双峰-单峰"的变化特点;河道悬沙的输移以平流输移和"潮泵输移"为主,以"喇叭口"顶点为界,上游段河道平流输移占主导地位,"潮泵输移"次之;下游段"潮泵输移"占主导,平流输移次之。净输沙总量呈:上段河道向海,下段河道向陆,在"喇叭口"顶点附近存在一个泥沙汇聚的最大浑浊带区域。     

水下沙丘形态演化的数值模拟实验

水下沙丘在海洋、湖泊、河流等浅水砂质沉积区广泛分布。基于过程的数值实验方法探讨了沙丘形态演化问题,试图解释在沙丘形成过程中各因素的作用及它们之间的关系。模拟中考虑了以下的变量:水深、沉积物粒度、沉积层厚度以及台风作用。模拟结果显示,沙丘的空间分布控制了空间流场的参数k₂,沙丘波高受水深、沉积物粒度以及沉积层厚度等因素的影响,沉积层厚度决定了沙丘的形态是否饱满。在台风作用中,沙丘波峰的沉积物被侵蚀,高程降低,波高渐小;台风作用后,沉积物被重新输运至波峰,沙丘高度逐渐恢复。因此,沙丘的高度取决于台风作用的时间以及2次台风作用之间的间隔。沙丘形态和尺度在台风作用前后变化较小,但沙丘演化的速度却有所提高。根据台湾浅滩和北海南部地貌系统数据的验证,模拟具有较好的效果。     

碰撞条件下高弹模CFRP加固自升式平台桩腿性能分析

由于腐蚀、海生物附着等因素导致老龄化海洋平台在与船舶碰撞的事故作用下,桩腿变形加大,降低了承载性能。为减少碰撞对桩腿的损伤,提高其耐撞性能,提出了利用吸收能力较强的高弹模CFRP材料加固平台桩腿的方法。以某自升式海洋平台桩腿为例,利用有限元法建立简化的碰撞模型,通过在局部损伤部位粘贴高弹模CFRP材料来提高桩腿的耐撞性能,验证高弹模CFRP加固方法,提高其耐撞性能的有效性。研究表明,相同的碰撞条件下,加固前碰撞力使桩腿产生了接近屈服强度的应力;粘贴2层CFRP布后,桩腿吸能下降56.3%,极值应力下降了14.7%;粘贴CFRP板后,桩腿吸能下降70.68%,桩腿的极值应力下降57.36%。     

一种用于突发性场地污染模拟的解析模型

为了及时有效地应对各种突发性环境污染事故,有必要开发一种简单实用、适于各类型污染物的场地污染数学模型。通过污染事故发生后污染物在包气带、饱和带迁移转化的概化,建立了污染物运移的自由入渗模型以及降雨入渗模型并给出各自相应的解析解。无降雨时,考虑污染物在重力作用下随包气带向下渗透的作用,建立一维垂直入渗模型。有降雨时,考虑污染场地(包气带)中污染物迁移和转化的对流作用、扩散作用及挥发、生物降解、吸附、根系吸收等作用,建立包气带剖面二维溶质运移模型和饱和带平面二维溶质运移数学模型。建模过程中,假定降雨量的平均分布及土壤质地、水力参数以及有机物成分、种类均相同,同时假定污染物与多孔介质间的作用为线性吸附,植物根系对污染物的吸附遵循一级动力学。基于模型的解析解,实现案例的模拟计算。模拟结果表明:该模型具有适用范围广、模拟高效快捷等优点,能够较准确预测污染发生后污染物在土壤中的动向、到达饱和带的时间以及饱和带中污染物的迁移情况。     

雷州半岛高桥红树林沉积物中砷的分布

采用五态连续提取法(SEP)对雷州半岛高桥红树林群落内外不同深度的沉积物砷含量进行测定.结果表明,高桥红树林湿地0~60cm深处沉积物中除Al-结合态砷和Ca-结合态砷含量低,难以检出外,交换态砷、残渣态砷、Fe-结合态砷皆可检出,沉积物砷积累以残渣态砷和 Fe-结合态砷为主,总砷测定含量为7.34±0.39~10.32±0.48 mg/kg,其中以20~40cm深处沉积物总砷测含量最多;不同深度沉积物砷含量中林内与林区外裸滩呈现不同的分布规律,林外裸滩-林缘-林内的表土总砷含量的分布呈波浪式分布,以林缘为最高,总砷达9.97±1.29 mg/kg,林内显著大于林外裸滩(p值<0.05),林内沉积物对砷的吸附强度较林外裸滩高