低含沙条件下长江口丁坝群冲淤及水动力变化特点

为研究丁坝群工程在低含沙条件下的保滩效果及其与水动力的响应关系,采用青草沙水库北堤外侧2014—2021年实测水下地形数据,定量分析丁坝群工程实施后区域的滩槽冲淤演变特点,基于MIKE21数值模型模拟丁坝群工程在2014与2021年地形条件下的水动力与正向风浪特点。结果表明:青草沙水库北堤丁坝群工程实施后,坝田滩地在2014—2021年间出现了最大厚度近10 m的淤积,滩地高程淤积至0 m附近后保持稳定、冲淤速度变缓,形成的岸坡比降在1:3~1:5;丁坝群头部无冲刷坑形成,与外侧新桥通道底高程在丁坝群实施前已达到-15 m有关;随着坝田滩地的整体淤高,近主槽侧滩面涨落潮流速均呈增大趋势,模拟条件下的高低潮位、有效波高变幅小于0.03 m,基本未受到坝田淤高的影响。丁坝群工程在低含沙条件下仍具有固沙保滩效果,可为长江口水流冲蚀堤岸的护滩带建设提供基础。

沉积物硝酸盐异化还原过程的温度敏感性与影响因素--以长江口青草沙水库为例

水生态环境中硝酸盐异化还原过程反硝化、厌氧氨氧化和硝酸盐异化还原成铵(DNRA),对氮循环起着重要作用.采用泥浆培养实验,并结合^(15)N同位素示踪技术对长江口青草沙水库沉积物硝酸盐异化还原过程的温度敏感性及影响因子进行了研究.结果表明,原位温度10℃时沉积物中反硝化、厌氧氨氧化和DNRA速率分别是0.18~6.86、0.26~3.16和0.09~0.25μmol N/(kg·h).当培养温度升高到20℃和30℃时,反硝化速率分别是0.43~6.22和0.68~6.56μmol N/(kg·h),平均比10℃时升高了15.7%和21.6%;厌氧氨氧化速率分别是0.61~3.2和0.77~3.54μmol N/(kg·h),平均比10℃时升高了27.8%和42.6%;DNRA速率分别是0.09~0.23和0.1~0.18μmol N/(kg·h),均比10℃时降低了4.2%.沉积物厌氧氨氧化对温度最为敏感,其次是反硝化,均随温度升高而增大;而DNRA最不敏感,随温度升高而减小.相关性分析结果发现有机碳、氨氮、二价铁和硫化物是影响硝酸盐异化还原的主要环境因子.反硝化和厌氧氨氧化硝酸盐还原的贡献分别是34%~71%和28%~49%,而DNRA为2%~17%.青草沙水库沉积物反硝化和厌氧氨氧化过程每年可去除活性氮大约为3.25×10~3t和1.68×10~3t,约占库区输入氮的54.17%.

长江口青草沙水源地开发的生态环境影响

经分析历史数据资料和2005～2006年现场调查数据,全面探讨长江口青草沙水源地开发的生态环境影响.研究结果表明:青草沙水域水质总体良好,主要水质指标满足地表水Ⅱ类标准;陆域植被分布面积11.3km2,常见植物种类22种,以芦苇、菰和青蒿为主;水域水生生物多样性较高,水生生物生态类型主要以淡水性和趋淡水性为主;在流域污染排放与上游来水水质、重大工程建设与河口咸潮入侵等环境变化背景下,青草沙水源地开发将对库区水环境以及周边生态环境产生不同程度的影响,建议关注水库运营优化、水源保护区划定、环境污染控制和生态环境补偿等保护策略.

光照强度及温度对青草沙水库蓝藻暴发风险的模拟试验

青草沙水源地正成为上海市新兴的重要水源地，其水源安全直接影响地区安全和发展，蓝藻暴发㈣是危害其水源安全的重要方面。以长江中下游地区常见的铜绿微囊藻、四尾栅藻作为试验藻种，选择光照强度、温度为影响因子，设计不同因素水平进行室内单因素模拟试验和原水稳态模拟试验，并结合青草沙水库实际水质水文条件进行分析，以寻找该地区蓝藻生长的优势条件。结果表明铜绿微囊藻比四尾栅藻对温度变化更敏感；铜绿微囊藻在低光照下有较高的适应性和较高的比增殖速率，四尾栅藻对强光照更为敏感；在3300—6600lux、24℃的青草沙原水中，铜绿微囊藻倍增周期为20d左右，对温度变化较光照变化更敏感。应加强青草沙水库库首、滞水区等局部水域水质监测，并据此及时提出预警和防范措施，同时应在夏季预期有持续高温晴天出现时提高预警级别，防范持续日照增长后蓝藻暴发。

上海青草沙水库食物网结构特征分析

为了给青草沙水库生态系统能量流动和物质循环分析提供基础数据,并为生物操纵等生态修复实践提供科学依据,在青草沙水库采集了鱼类、底栖动物、浮游植物、浮游动物和悬浮物样品,结合碳氮稳定同位素(δ^(13)C和δ^(15)N)技术和胃肠内含物分析法,利用IsoSource软件计算了不同食物对消费者的贡献率,并应用"简化食物网"原则,构建青草沙水库生态系统食物网,分析其结构特征。结果显示,青草沙水库食物网的δ^(13)C值为-28.15‰～-21.53‰,δ^(15)N值为6.81‰～14.94‰。在青草沙水库中,刀鲚Coilia nasus和红鳍原鲌Culter erythropterus属于顶级肉食者,其营养级分别3.595和3.589,其他鱼类的营养级在2.482～3.264。青草沙水库食物网结构显示,浮游动物对杂食性鱼类贝氏歺又鱼Hemiculter bleekeri(34%)和寡鳞飘鱼Pseudolaubuca engraulis(32%)的碳源贡献率较高,浮游植物对似鱎Toxabramis swinhonis的贡献率(31%)高于浮游动物(11%),大型无脊椎动物对黄颡鱼Pelteobagrus fulvidraco(60%)和光泽黄颡鱼Pseudobagrus nitidus(64%)的贡献率远高于其他食物成分,处在食物网顶端的刀鲚和红鳍原鲌的食物主要来源于饵料鱼类。青草沙水库食物链长度为3.60个营养级。

长江口青草沙水库刀鲚食性转变

采用胃内含物法并结合碳氮稳定同位素分析,探讨长江口青草沙水库刀鲚(Coilia nasus)食物组成及其食性转变。基于胃内含物数据的聚类分析表明,刀鲚食物重量百分比(W%)在小个体(<99 mm)、中等个体(100~150 mm)和大个体(>150 mm)间两两差异显著;出现率(F%)和相对重要性指数百分比(IRI%)大个体与其他 2 个体长组差异显著,后两者无显著差异;数量百分比(N%)各体长组间均无显著差异。以上 4 种指数综合显示,小个体和大个体刀鲚分别主要摄食浮游动物和虾鱼类,中等大小个体刀鲚主要摄食浮游动物(F%、N%和 IRI%占优势)和鱼类(W%占优势);碳氮双稳定同位素混合模型亦表明,虾类和鱼类对大个体刀鲚有较大的食物贡献率。刀鲚的δ15N 随体长线性增加,δ13C 与体长呈二次多项函数关系,大个体的δ15N[(15.18±0.79)‰]和营养级(TL: 3.63±0.23)显著高于中等个体的δ15N[(13.87±0.68)‰]和 TL (3.26±0.20)(P<0.01),δ13C 差异不显著(P>0.05)。胃内含物法结合稳定同位素分析表明,刀鲚在生长发育中发生了食性转变,转变前后分别以水层和底层生物为主要食物来源,推测其作为优势种对该水库底层和水层食物网的营养耦合起着重要作用。

青草沙水库下游水闸水力特性试验分析研究

青草沙水库是建于潮汐河口江心的大型水库。水库水闸运行水头低,水头相对变幅大,具有双向引排水功能,水流条件复杂。为此通过模型试验,研究了水闸引排水运行水流流态、低Fr数水跃消能等关键水力特性,为水闸的设计评估和安全运行调度提供技术支撑,也为沿海类似水闸提供设计和运行管理经验。

青草沙水库颤藻种群变化

该文对青草沙水库建库五年以来不同调度运行阶段颤藻种群时空变化进行了调查分析。结果表明颤藻在青草沙水库属于非优势种群,表现广温适应性;颤藻主要检出区域随调度运营发生迁移:中上游—全库—中下游;试运营期颤藻检出率最高,稳定运营期检出率明显降低。对所有检出的颤藻样品进行统计分析,发现颤藻不同调度阶段密度试运营期大于稳定运营期大于闭水期,主要密度分布区域发生迁移:中上游(垦区和库首)—中下游(库中库尾),夏冬季节密度(106cells/L)高于春秋季节(105cells/L),高峰出现在冬季。

长江河口青草沙水库盐水入侵来源

应用改进的三维数值模式ECOM-si,从模式计算的盐度和流向的变化过程、涨憩和落憩时刻盐度等值线和淡水区域的变化,分析在一般动力条件下青草沙水库取水口盐水入侵来源。计算结果表明,小潮后中潮、大潮、大潮后中潮和小潮期间北支倒灌占青草沙水库取水口表层盐水入侵比例分别为69.5%、89.3%、98.5%和99.5%,占底层盐水入侵比例分别为34.9%、88.9%、98.5%和99.5%。除了小潮后中潮期间底层盐水入侵来源主要来自下游外海(占65.1%),青草沙水库取水口表层和底层盐水入侵来源主要来自北支盐水倒灌,尤其是大潮后中潮和小潮期间几乎全部来自北支盐水倒灌。

青草沙水库投入运行前原水中氮和磷动态变化特征研究

为了研究青草沙水库原水中氮和磷的动态变化特征,在青草沙水库中选择了具有代表性的6个监测点,分别对氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮、TN、DP、TP等营养盐指标进行动态监测,并分析了不同监测点氮、磷动态变化特征及氮磷比。其结果表明,青草沙水库中氨氮含量低于0.45mg/L;亚硝酸氮与硝酸氮含量分别在0.1mg/L和2mg/L以下;总磷浓度低于0.2mg/L;并初步推算磷为富营养化的限制因子。因此,青草沙水库水质较好,适合作为上海新水源地。

区域排污对长江口水源地水质影响的数值模拟

为了研究长江口区域排污对河口水源地水质的影响,建立了包含长江口、杭州湾在内的平面三维水动力和水质耦合数学模型。利用长江口近年实测水文、水质资料对模型进行全面率定和验证,率定结果同实测资料比较吻合,表明该模型较好地反映了长江口水域流场和水质的特征。利用模型预测分析了典型水文条件下长江口主要污染物浓度的时空分布规律,明确了主要排污源对青草沙水源地和陈行水源地的水质贡献率。依据上述研究结论,提出了保护长江口水源地水质安全的对策措施。

青草沙水库下游水闸冲刷及辅助消能研究

选用起动流速与天然沙的起动流速之比与流速比尺一致的模型沙,对建于砂质粉土上的青草沙水库下游水闸的消能冲刷进行了试验研究。比较选用了在消力池末端设齿坎的辅助消能方案,冲刷程度显著减轻,为优化低Fr数水闸的消能防冲设计提供了依据。

青草沙邻近水域网采浮游植物群落结构特征

根据2012年2-11月在青草沙邻近水域的采样调查,对调查水域网采浮游植物的群落结构特征进行了研究。共鉴定出浮游植物7门46属71种,浮游植物以硅藻为主,蓝藻和绿藻在群落中占有一定比重,此外还有少量的甲藻、金藻、隐藻和裸藻。浮游植物物种多为温带近岸物种并有少量淡水物种,骨条藻Skeletonema spp.在该水域全年都具有较高的优势度。青草沙邻近水域网采浮游植物平均细胞丰度春季最高,为548.09 ind/ml,夏季其次,冬季最低,为2.19 ind/ml,冬季各站之间细胞丰度差异最小。该水域浮游植物密集区日迁移主要受潮汐作用影响,而季节变动则主要受冲淡水转向影响,与长江冲淡水季节性扩展方向吻合。聚类分析结果表明,调查水域浮游植物类群存在季节差异,长江径流量的季节变动与长江冲淡水季节性转向可能是造成这种差别的主要原因。典范性对应分析表明,环境因子驱动长江口浮游植物群集产生季节变动,不同年份间存在相似性。

长江河口北港北汊河势演变及趋势分析

在分析长江口北港北汊河段实测水文资料及1977-2013年海图基础上,研究近30多年来该河段河势演变趋势及其影响因素。结果表明:(1)历史上,北港北汊河段经历了团结沙与北港北沙的交替更迭;(2)北港北汊是一个典型的复式河槽,其上段1995-2006年以冲刷为主,2006-2013年以淤积为主;中段1995-2013年均以冲刷为主;下段变化不大。(3)洪水导致了北港北汊复式河槽格局的形成,而北槽深水航道北导堤和横沙东滩促淤圈围工程限制了北港落潮水流通过横沙东滩串沟进入北槽,进而导致北港北汊分流增加,是北港北汊发展的重要因素。

长江河口青草沙水库最长连续不宜取水天数

为解决上海日益增长的用水需求,保障淡水资源安全,需要建设长江河口避咸蓄淡特大型水库。本文应用改进的三维长江河口盐水入侵数值模式,采用2007和2008年10个水文站盐度资料对模式进行验证,计算青草沙水库最长不宜取水天数。本文以径流量特枯的1978—1979年作为水文计算年,考虑三峡工程、南水北调东线工程和沿江引排水对大通实测逐日径流量的修正,考虑潮汐、风应力和混合等作用。根据2003年地形计算得出青草沙水库的最长连续不宜取水天数为68天,这个水库设计的重要参数已在水库建设中采用。根据2008年地形计算得出青草沙水库的最长连续不宜取水天数为54天,已被水库调度采用。2003年至2008年北支上段河势发生了明显变化,导致北支盐水倒灌减弱,因此这期间的最长不宜取水天数减少。

上海青草沙水库钢筋混凝土板桩施工技术

钢筋混凝土板桩作为防护桩的一种,其形状长而扁,可用于低边坡、基坑等防护,一般采用强夯打入,具有施工简单、现场作业周期短等特点,曾在基坑中广泛应用。结合上海青草沙水库及取输水泵闸工程,对钢筋混凝土板桩的结构特点、施工方法、工艺流程、施工中所遇到的难点以及常见质量问题进行了介绍,探讨施工过程中各个环节的质量控制要点和控制手段。

引江济太应急调水保障上海市青草沙原水系统切换期间供水安全

上海市青草沙原水系统通水切换期间,杨树浦、南市、居家桥、陆家嘴等4家水厂将临时就地取用黄浦江水。由于黄浦江受多种因素影响,水质不稳定,为保障黄浦江临时取水口水质平稳,确保上海市供水安全,水利部太湖流域管理局成功组织实施了引江济太应急调水。通过总结应急调水背景、组织实施过程以及调水效果,分析了引江济太应急调水对保障青草沙原水系统切换期间供水安全的作用,对指导流域供水安全保障工作具有一定意义。

青草沙水库浮游藻类的调查及控制

为预防和控制青草沙水库藻类大量增殖,在水库全面通水前(2011年1～6月)对浮游藻类进行调查,共检出8门80属,鉴定出124种/变种,出现频次较高的有梅尼小环藻、游丝藻、针晶蓝纤维藻、波吉卵囊藻、扁圆卵形藻等。水库进水中检出蓝藻9属、硅藻18属、绿藻14属、其他藻5属,水库内检出蓝藻14属、硅藻23属、绿藻27属、其他藻7属,库内种类比库外大幅增加。结果表明水库在发挥"避污蓄清"和"避咸蓄淡"功能时会导致库内水体流速减慢,有利于藻类增殖。并提出一系列藻类预警及监控措施。

长江口水源地青草沙水库水质与浮游植物群落特征

水体富营养化是当前重要的水环境问题,目前有关内陆淡水湖库富营养化防治的研究较多,但对潮汐河口水库的研究较少。青草沙水库是潮汐河口水库,又是上海市的主要饮用水水源地。通过调研青草沙水库2019年4—12月非咸潮期的水质、浮游植物时空分布特征,探讨了水库浮游植物群落演替规律及其对水质特征的响应关系。结果显示,水库氮磷营养盐由库首至库尾逐渐降低,叶绿素a、透明度呈上升趋势。尽管当前青草沙水库的氮磷营养盐水平较高,但尚未成为库区浮游植物生长的主要影响因素,透明度才是促进浮游植物生长的关键影响因素。不过,库尾由于流速缓慢且透明度高,浮游植物生长在一定程度上受到营养盐的限制。研究期间共鉴定出浮游植物8门117种,绿藻门、硅藻门和蓝藻门优势种较多,且优势种均为富营养化水体常见种,水库一定程度上存在水华暴发风险。研究结果为青草沙水库富营养化防治策略的优化提供了科学依据。

青草沙水源地水质状况研究

青草沙水源地自投入运行以来,水质的质量,一直是人们迫切关心的问题。本文对上海市青草沙水源地地表水在2010年至2011年的水质状况进行了监测评价。选取了溶解氧、高锰酸盐指数、化学需氧量、五日生化需氧量、氨氮、挥发酚、石油类、总磷和总氮这九个地表水常用指标对青草沙水源地的地表水的水质状况进行了评价,研究结果表明,青草沙水源地在2010～2011年中有机综合污染指数和水质综合污染指数平均值分别为-0.2和0.8,能达到地表水Ⅱ类标准,总氮超过相应类别的标准,但其指标不直接影响到水体功能效应,水体功能没有受到明显损害,但在一定程度上受到总氮污染的制约。