滆湖重建沉水植物生境对抑制沉积物再悬浮的模拟研究

滆湖自1990s以来水生态环境变化迅速,水生植物几乎消亡,生态系统由“草型清水”湖演变为“藻型浊水”湖,其浅水特性在风力作用下常造成底床沉积物的再悬浮现象。泥沙和营养物质频繁重回上覆水体导致水质长期难以改善,故重建沉水植物生境被认为是恢复滆湖生态环境的措施之一。本文构建滆湖水环境模型,模拟和分析水动力及沉积物的再悬浮过程。研究表明,在常规风力条件下(约2.2~2.8 m/s),全湖底床切应力均值(■)约为0.023 N/m^(2),全湖几乎不存在沉积物再悬浮现象,而在强风条件下(如大于10 m/s),■可达0.45 N/m^(2),全湖绝大部分区域的沉积物均可以发生再悬浮,南部浅水区域及其东西沿岸为再悬浮发生的高频地区。模型设定了一种沉水植物生境的情景条件进行模拟与预测。研究结果表明,在易发生再悬浮且适合沉水植物生长的南部区域,重建覆盖度约为12%的沉水植物,可削减实际条件下■的24.4%,从而分别降低年均和强风时刻全湖固体悬浮物(TSS)浓度的29.3%和25.1%。对一次强风过程的模拟结果表明,情景条件下■由实际条件下的0.45 N/m^(2)下降为0.34 N/m^(2),全湖TSS均值和最大值比实际条件分别下降了20.9和470 mg/L,沉水植物生境的存在对全湖TSS浓度改善效果显著。

核反应堆中气溶胶颗粒再悬浮行为研究进展

在核反应堆中,微细的粉尘颗粒通常是放射性物质的重要载体,严重事故下沉积在壁面上的颗粒在瞬态气流作用下发生的再悬浮行为是反应堆放射性源项分析的重要内容。发生再悬浮的颗粒通常呈现单层或多层的颗粒沉积结构,从物理过程来说,单层颗粒的再悬浮过程取决于气流对颗粒的气动力以及壁面对颗粒的黏附力,而多层颗粒再悬浮过程还与沉积颗粒层的结构、颗粒与颗粒之间的内聚力等密切相关,此外,在核反应堆中,冷凝液滴带来的毛细力以及高温烧结导致的烧结力等作用使得颗粒的再悬浮过程更加复杂。本文首先介绍了颗粒再悬浮的几种运动模式以及影响因素,再从颗粒受力分析的角度介绍了再悬浮过程中主要的作用力和作用特点,然后介绍了目前研究颗粒再悬浮的方法以及发展出来的各种计算模型,最后总结了目前压水堆、高温气冷堆以及聚变堆中颗粒再悬浮研究的进展。

室内颗粒再悬浮机理研究进展

室内颗粒再悬浮是室内颗粒物的重要来源,可增加室内人员颗粒物暴露量进而危害人员健康。该文综述了室内颗粒再悬浮方面的最新研究进展和主要研究成果,阐述了包括上升、平移和转动的颗粒再悬浮机理,分析了再悬浮过程颗粒受力情况及其环境影响因素,重点介绍了人员行走引起的颗粒再悬浮量化研究过程中常用术语和计算方法。并对未来研究方向提出若干建议。

太湖湖滨带浮叶植物菱(Trapa quadrispinosa Roxb)对氮素再悬浮的影响

大型浅水湖泊沉积物的再悬浮是湖泊生态系统的重要过程之一,也是影响湖泊内源负荷的主要因子之一。大型水生植物在抑制沉积物再悬浮方面有重要作用。通过测定浮叶植物生长区内外的沉积物再悬浮速率、沉积物总氮含量和水中总氮浓度,探讨太湖湖滨带浮叶植物菱(Trapa quadrispinosaRoxb)对沉积物中氮素再悬浮的影响。研究结果发现菱对沉积物的再悬浮有良好的抑制作用,在研究期间,菱生长区内的平均沉积物再悬浮速率为218.46g dw m-2d-1,生长区外为658.13 g dw m-2d-1。随着沉积物的再悬浮,在生长区内平均每天每平方米有719.63mg N(每年每平方米262.66 g)被带入水中,在生长区外相应的数字为1 536.14 mg(每年每平方米560.69 g)。另外在研究中发现上层沉积物总氮含量受风浪影响较大,与沉积物再悬浮速率呈负相关。恢复浮叶植物能有效控制湖泊沉积物再悬浮,降低湖水氮负荷。

河口区底泥中重金属再悬浮的研究进展

综述了重金属在全球主要河口区再悬浮过程中的迁移转化过程进展,并概述了用实验室模拟再悬浮的方法来判别重金属污染的来源的进展。

太湖沉积物再悬浮模拟方法

由于风浪对浅水湖泊底泥的强烈扰动作用,底泥再悬浮的生态效应研究成为目前国际研究热点之一.但方法的缺乏极大地限制了有关底泥再悬浮环境效应的深入研究.本研究应用一种新的沉积物再悬浮装置,模拟了太湖南部长兜港水域不同风浪影响下悬浮物的垂向分布,获得水柱总悬浮物量(T)与扰动频率(n)的定量关系:T=19.77×exp(n/ 2.61)-71.7.结合现场实测风情下的水柱总悬浮物量,建立了室内水动力条件、水柱总悬浮物量和现场风情的定量关系.研究2004年10月至2005年10月太湖全年代表性小风、中风及大风与再悬浮装置的扰动频率对应关系,估算了小风、中风和大风常规风情引起的总悬浮物量分别为159、230、425g/m^2.结果表明,模拟获得的太湖悬浮物垂向分布规律与现场状况较为接近,是目前较为适用的浅水水体沉积物再悬浮模拟方法.

崇明东滩沉积物再悬浮对沉积物-水界面氮、磷交换行为的影响

20 0 2年 7月采集崇明东滩低潮滩沉积物样和水样 ,运用模拟实验研究沉积物再悬浮作用对沉积物 水界面三态氮和可溶磷交换行为的影响 .实验发现 ,在沉积物不断发生再悬浮的过程中 ,水体中三态氮的含量明显增加 ,其中NO- 3 N变化最为显著 ,升高浓度值达 1 1 86 9μmol·L- 1,NH+4 N增长 2 1 71 3μmol·L- 1,NO- 2 N的释放约为0 2 μmol·L- 1,可溶磷的含量也有少量的增加 .同时 ,再悬浮作用对沉积物 水界面三态氮和可溶磷的环境地球化学行为也有一定的影响 ,与静置状态相比 ,NH+4 N和NO- 3 N表现出与静置状态截然相反的变化规律 ,NO- 2 N受多种因素的影响 ,变化比较复杂 ,初期与静置状态相反而后表现一致 .再悬浮颗粒物浓度也是制约沉积物 水界面三态氮和可溶磷变化的主要因子之一 .实验结果显示 ,NH+4 N在前 7h以内的变化和悬浮颗粒物浓度表现出较好的相关关系 ,后 5h呈负相关关系 ;NO- 2 N和可溶磷在整个过程中与悬浮颗粒物浓度的变化都有着很好的相关性 ,只有NO- 3 N的变化与其关系比较薄弱 .

长江口水域悬沙浓度时空变化与泥沙再悬浮

根据近年来长江河口及其邻近水域8个测站1年的表层悬沙浓度逐日观测资料,并结合水动力状况,对悬沙浓度的时空变化进行了分析。结果发现,长江口自徐六泾以下悬沙浓度不断增高,并呈现口内夏高冬低,而口外冬高夏低,且量值为口外大于口内,杭州湾大于长江口。表明长江入海泥沙在海洋动力作用下强烈再悬浮;悬沙浓度在时间上呈现明显的大小潮周期和季节性变化。进一步分析认为,海洋动力(风浪和潮流) 是泥沙再悬浮的主导因素,制约悬沙浓度的年内变化,其中潮流控制悬沙浓度的大小潮周期变化,风浪引起悬沙浓度的季节性变化,河流径流和海洋动力的对比制约悬沙浓度的空间分布。

太湖草型湖区沉积物再悬浮对水体营养盐的影响

再悬浮过程中沉积物对水体营养盐的内源贡献是湖泊,特别是浅水湖泊富营养化研究中的重要问题.采用原位沉积物柱样和原状上覆水的Y型扰动装置,被用来研究常规风情下太湖草型湖区沉积物的再悬浮和沉降过程对水体营养盐负荷的影响.结果表明,小风和中风的再悬浮过程导致水体氨氮和磷酸根磷含量显著下降,单位面积水柱含量最大变化量分别为-0.140 g.m-2和-1.59 mg.m-2;大风条件下,水体氨氮含量下降幅度很小,磷酸盐则出现明显增加趋势,最大增量为0.81mg.m-2.再悬浮过程之后的沉降过程中,中、小风条件的水体氨氮含量变小,大风条件的含量没有明显变化.磷酸根磷含量在中、小风条件下与风浪前差别较小,大风条件的含量则明显增大,最大增量为1.36 mg.m-2.因此,沉积物的再悬浮过程和沉降过程对上覆水体的营养盐动态负荷都产生重要影响.与太湖无植被湖区的研究结果对比说明,水生植物的存在对风浪作用下沉积物与上覆水的物质交换有一定的抑制作用.

湖泊底泥疏浚对沉积物再悬浮及营养盐负荷影响的模拟

选取太湖梅梁湾污染底泥为研究对象,利用沉积物再悬浮发生装置,通过室内模拟实验研究太湖夏季常规风情下底泥疏浚对沉积物再悬浮及上覆水营养盐动态变化的影响.结果表明,在模拟的风情扰动过程结束时(5 h),扰动过程未疏浚与疏浚处理水柱总悬浮颗粒物(TSS)含量变化差异显著,未疏浚对照水柱TSS含量是初始值的7.7倍,而疏浚水柱TSS在第2 h达到峰值,为初始值的3.8倍;未疏浚水柱TSS含量沉降过程最初1 h迅速降低了84.0%,而疏浚水柱TSS含量在沉降3 h后趋于平衡.伴随着沉积物的再悬浮过程,疏浚与未疏浚对照水柱中TP含量均在第5 h达到最大,分别增加负荷78.6和92.2 mg/m2.就短时效而言,底泥疏浚后沉积物的再悬浮过程显著受到抑制,并能够显著地减小沉积物再悬浮过程中溶解性磷酸盐的释放;但对水柱中总磷、总氮、铵氮、硝酸盐和亚硝酸盐含量变化影响较小.

沉积物再悬浮对沉水植物生长的影响研究

通过室内模拟实验,研究了沉积物再悬浮对苦草(Vallisnerianatans)和马来眼子菜(Potomogetonmalaianus)2种沉水植物生长的影响.为期10周的实验发现,有沉积物再悬浮的处理组中,苦草的生物量显著低于对照组中(没有沉积物再悬浮)苦草的生物量;同样,沉积物再悬浮对苦草的分蘖和块茎数也产生了明显的影响;马来眼子菜的生物量和分蘖数同样受到了沉积物再悬浮的影响,但影响程度小于苦草.因此,沉积物再悬浮对沉水植物的生长、繁殖具有的抑制作用,但这种作用因种类不同而有所差异.

水动力作用下太湖底泥的再悬浮通量

对太湖梅梁湾水体开展了两次野外实验,利用沉积物捕获器收集沉积物,研究了太湖悬浮物的沉降特征,计算了悬浮物的沉降通量和再悬浮通量,并建立了其与风速的关系。结果表明:太湖无机颗粒沉降是悬浮物沉降的主要形式。太湖平均风速在8m/s以内时,总悬浮物、有机物颗粒和无机物颗粒的沉降通量和再悬浮通量均呈现随风速增大而增大的特性,风速大小直接影响悬浮物在垂向的分布及垂向的沉降通量分布,并且相关性较好。该结论说明Gansith公式法适合于计算太湖再悬浮通量。

长江口枯季水动力悬沙特征与再悬浮研究

2004年2月13～22日枯季大小潮期间在长江口北港、口门及口外进行了水动力、悬沙浓度和盐度的全潮观测，并列数据进行分析，同时对研究区域的再悬浮／沉降通量进行计算。进向讨论长江口枯季水动力和再悬浮特征．结果表明，长江口外以潮流作用为主，但流速、悬沙浓度和盐度的分布和变化仍与径流作用有关，观测期间再悬浮现象不显著，北港内及口门处，径流作用较强，盐度较低，落潮流速大于涨潮流速，当流速较大时，底部再悬浮作用显著．计算结果表明，再悬浮通量的数量级为10^-3～10^-6kgm^-2s^-1，沉降通量为10^-9～10^10kgm^-2s^-1．

底泥再悬浮状态下生物有效磷形成机制研究

研究了底泥再悬浮状态下,不同形态磷及生物有效磷(BAP)含量的变化,并对生物有效磷的形成机制进行了初步探讨.结果表明,底泥再悬浮对磷的赋存形态有显著的影响.随着底泥再悬浮时间的延长,铁结合态磷(BD-P),铝结合态磷(Al-P),钙结合态磷(Ca-P)含量显著增加,而弱吸附态磷(NH4Cl-P)则有所减少.底泥再悬浮后,BAP平均下降6.59%,说明底泥再悬浮促进了BAP向难被生物利用态磷的转化.藻类可利用磷(AAP)主要来自BD-P,但提取AAP后,再悬浮底泥BD-P释放量平均下降了33.4%,而对照试验底泥BD-P释放量则增加了19.8%,说明BD-P的性质对AAP的形成有显著的影响;NaHCO3可提取磷(Olsen-P)主要来自BD-P、Al-P和NaOH-nrP,按照三者的释放量,Olsen-P与BD-P的关系更为密切.

长江口底沙再悬浮对重金属迁移的影响

通过分析长江口南槽上段白龙港排污口邻近水域14 h不间断定点剖面上采集的水体中颗粒态和溶解态重金属元素Zn,Cu,As,Cd,V,Cr,Ni和Pb浓度,研究潮周期内表层沉积物的再悬浮对重金属在颗粒态和溶解态中分配和迁移的影响。结果表明:潮周期内中层单位质量悬沙的重金属浓度(Mp)始终大于底层;随着含沙量(TSS)增大,单位悬沙的各重金属浓度(Mp)减小,水体中各重金属颗粒态浓度(Ms)增大,溶解态浓度(Md)减小;当含沙量大于一定值时,单位悬沙的各重金属浓度趋向稳定值;含沙量分别在涨憩和落急时达到峰值,所以涨憩沙峰时刻有利于重金属的吸附,但落急沙峰时刻因流速较大,不利于重金属的吸附。因此,转流时水质较涨、落急好。

沉积物再悬浮对浮游动物群落结构影响的模拟实验

沉积物再悬浮是浅水湖泊的重要特征之一.通过模拟实验,比较不同再悬浮程度下浮游动物群落结构的变化,以探讨沉积物再悬浮对浮游动物的影响.结果显示,不同处理下总悬浮物与叶绿素a浓度差异显著.再悬浮组中枝角类简弧象鼻溞(Bosmina coregoni)、角突网纹溞(Ceriodaphnia cornuta)和轮虫占优势,而对照组中大型枝角类溞属(Daphniasp.)占优势,再悬浮使浮游动物群落组成趋于小型化.不同再悬浮条件下隆线溞(Daphnia carinata)、简弧象鼻溞(Bosmina coregoni)和轮虫的丰度差异显著,角突网纹溞(Ceriodaphnia cornuta)和桡足类丰度差异不显著.总悬浮物浓度与轮虫和简弧象鼻溞丰度显著正相关,与隆线溞丰度显著负相关,与其它浮游动物种群丰度无显著相关性.本研究显示,沉积物再悬浮是决定浮游动物群落结构变化的重要过程之一.

再悬浮条件下沉积物内源磷迁移-转化机制研究进展

对沉积物再悬浮的驱动力及其耦合效应、再悬浮-内源磷迁移转化机制及主要影响因素进行了阐述,探讨了该领域未来可能的研究方向。相关研究发现,沉积物再悬浮的各种驱动力既可以单独作用也可相互耦合,其耦合效应具有显著的时空变异性;再悬浮使还原态沉积物暴露于有氧环境,沉积物中铁、锰的氧化以及沉积物颗粒的吸附促进了内源水溶态无机磷(SRP)的去除,而进入水体的内源有机磷则通过生物矿化和光化学分解转化为SRP;沉积物物化特征、水动力、水生生物以及水体理化性质等因素控制着再悬浮过程中内源磷的迁移和转化。指出再悬浮条件下沉积物内源磷迁移转化的多过程耦合效应、沉积物中磷形态的转化及其生物有效性、内源有机磷矿化与光化学分解机制及其调控因素将是本领域需要进一步研究的重点。

近岸沉积物再悬浮期间所释放溶解有机物的荧光特征

对采自厦门湾九龙江入海河口的4个沉积物样品进行了室内再悬浮模拟实验,利用荧光激发-发射矩阵光谱(EEMs)研究了再悬浮过程中从沉积物中释放出的有色溶解有机物(CDOM)的荧光特征,同时通过与相应站位沉积物间隙水和底层水的对比分析,探讨了河口近岸海域的沉积物再悬浮作用作为水体中溶解有机物来源之一的可能性。结果表明,对给定站位,CDOM相对荧光强度和溶解有机碳(DOC)含量分布变化非常一致,均为间隙水最高,再悬浮次之,底层水最低;站位之间,底层水和再悬浮水样中CDOM相对荧光强度随盐度的降低而增加,从海端向河端增加的趋势明显。EEMs分析表明,各样品中均存在类腐殖质荧光与类蛋白质荧光团,且模拟实验也表明再悬浮作用可释放类腐殖质与类蛋白质荧光物质到底层水中,表明底质再悬浮将是近岸水体中CDOM的一个重要来源。与相应的底层水相比,间隙水的荧光峰(如峰A/C)的位置发生红移。再悬浮样品中EEMs的荧光团同时表现出相应底层水和间隙水的特征,但是荧光峰(峰A和峰C)的最大激发和发射波长更接近底层水中相应荧光团,与间隙水相比,则发生谱峰位置的蓝移。近海端样品中荧光峰M明显,随着盐度的降低,底层水和再悬浮水样的r(M/C)值逐渐降低,且海源的峰M由海端向河端逐渐消失,表明峰M属于海洋自生来源。本研究区域DOM的荧光指数在1.61～1.93之间,表明近海端样品DOM主要为生物来源,而近河端样品DOM主要为陆源输入,或者为陆源与生物活动共同作用的结果。

再悬浮条件下底泥中磷赋存形态的转化研究

以富营养化河流的底泥和上覆水为材料,研究了底泥再悬浮条件下,磷的赋存形态的变化特征,并对不同形态磷之间可能的转化途径进行了探讨.结果表明,底泥再悬浮条件下,磷的释放及吸附均与底泥再悬浮的频率密切相关.再悬浮导致底泥中不同形态磷的数量分布发生了明显变化.BD-P和NaOH-nrP的含量显著减少,而Ca-P的含量明显增加,其余各形态磷的变化幅度很小.这表明,BD-P和NaOH-nrP可能转化成Ca-P.而潜在活性磷与生物有效磷的形成量也表明,底泥再悬浮促进了易释放态磷与生物有效磷向难释放态磷与难被生物利用态磷的转化,并且这种促进作用随着底泥再悬浮的频率的增加而增加.

太湖疏浚前后波浪扰动下的底泥再悬浮特征

在室内波浪水槽中，研究不同底泥容重、不同波浪动力条件下底泥的再悬浮特征。结果表明：静止状态下，水体垂向悬浮物浓度差别不大，小波作用时底泥未普遍起动，各层悬浮物浓度增加不明显。随着大波浪的作用，底部切应力远大于底泥起动临界切应力，水体悬浮物浓度急剧增加，10 min内悬浮物浓度增加10-15倍，60min内再悬浮量占总悬浮量的80%左右，悬浮物浓度垂向分层明显。试验底泥湿容重包括1.34 g/cm3、1.47 g/cm3、1.55 g/cm3、1.59g/cm3，比较了3种切应力下，底泥再悬浮量随容重的变化关系，结果均显示水体内总再悬浮量与底泥容重呈高度负线形相关。