基于底泥再悬浮试验的太湖水质模拟

为探索浅水湖泊水动力扰动作用对底泥再悬浮影响的规律,在室内矩形水槽内模拟了各种水动力条件下太湖底泥的起动规律,得到了太湖底泥在3种不同起动标准下的起动流速,通过考察上覆水中悬浮物浓度的变化,建立了底泥沉积物再悬浮通量与水体流速的定量化关系。结果表明:太湖底泥在个别动、少量动、普遍动3种标准下的起动流速分别为15、30和40 cm/s,且底泥沉积物再悬浮通量与流速呈现线性正相关关系,再悬浮通量随流速增大而增大,且相关性较好。将该试验结果应用于太湖的水量水质数学模型中,并和太湖实测资料进行了对比,取得了比较满意的效果。该模拟装置能够在室内可控条件下较好地反映太湖沉积物再悬浮特征,对太湖的富营养化治理具有重要意义。     

底泥悬浮对营养盐释放和水华生长影响的模拟

通过室内模拟实验研究了扰动引起的太湖底泥悬浮对水体氮磷营养盐和蓝藻水华的影响，其中底泥和上覆水均来自太湖，扰动强度以悬浮物浓度表示。实验监测了底泥扰动过程中以及扰动停止后48 h之内水体氮磷营养盐和叶绿素a的变化，采样间隔为6 h。实验结果表明，扰动明显增加了水体中总氮、总磷、活性磷等含量，但是可溶性无机氮的增加不明显，叶绿素a含量没有出现明显的增长。水华没有出现明显增长很可能是氮限制的原因。由此推测太湖一次风浪扰动过程引起的底泥营养盐释放不一定就能够加剧蓝藻水华的暴发。底泥中释放的营养盐对蓝藻水华的影响需要进一步研究     

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 quadrispinosa Roxb）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218.46 g 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719.63 mg 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。     

典型城内过富营养湖泊沉积物和间隙水中各形态磷的相关性研究

研究了武汉市繁华市中心典型过富营养湖泊沉积物—间隙水体系磷形态的相关性。对沉积物—间隙水中磷形态的连续提取分析发现,自然粒度下,沉积物中有机质含量与沉积物中有机/细菌聚合磷存在很好的线性相关性,说明沉积物中有机质是有机/细菌聚合磷的源;沉积物中总磷决定间隙水中总溶解性磷和溶解性磷酸盐的含量,并且总磷与间隙水中总溶解性磷和溶解性磷酸盐存在很好的相关性;沉积物中Fe P和Al P分别与间隙水中的Eh和溶解性磷酸盐存在相关性,说明Eh的大小严重影响Fe P和Al P的含量,但是Fe P和Al P含量之和又主导着间隙水中溶解性磷酸盐的含量。对典型市内过富营养湖泊的沉积物－间隙水体系中形态磷的相关性研究,旨在为控制这种典型过富营养湖泊沉积物中磷向水体释放提供理论参考。     

西苕溪干流水体、悬浮物和表层沉积物中营养盐分布特征与水质评价

了解不同介质的营养盐分布可以全面掌握河流的环境现状。为了调查西苕溪干流的营养盐分布特征和水质现状,沿着干流采集了11个点位的水体、悬浮物和表层沉积物样品,并对水体、悬浮物和表层沉积物中的营养盐特征进行了分析,拟为苕溪流域的水污染防治提供基础数据。研究表明:整个西苕溪干流,水体和沉积物中总氮(TN)和总磷(TP)浓度均存在丰水期明显高于枯水期的季节变化特征,水体中总氮的浓度均超出地表水环境质量Ⅴ类的标准,显示氮污染是西苕溪流域的特点。相关性分析结果表明,悬浮物中的TN和有机质(OM)呈极显著性正相关(r=0.974,p0.01);水体中的TN和悬浮物的各营养盐指标之间的相关性均达到了极显著水平,但沉积物营养盐指标与水体的TN和TP相关性不明显,显示沉积物并不能很好反映流域水质的现状。     

高原浅水湖泊沉积物中磷、氮形态化学研究

以滇池马村湾和海东湾为研究对象,对其沉积物－间隙水－上覆水三界面中的磷、氮形态作研究,其中钙结合态磷占的比例最大,其次是有机/细菌聚合态磷和残渣磷;总氮含量很高,平均值为2.63 mg/g,而亚硝酸盐氮含量很低,其它三种无机氮形态（硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和氨氮）之间并不存在恒定的化学计量关系,这主要是无机氮循环还受水体和沉积物中有机氮的影响。调查还表明沉积物中Fe P含量与间隙水中溶解性磷酸盐磷有着较好的线性关系,沉积物中Fe P含量与间隙水Eh呈对数关系。     

太湖底泥中多氯联苯的特征与环境效应

分析了太湖底泥中6种PCB同系物（PCB28、52、101、138、153、180）,其中含量最高的为PCB52,平均为0.983 ng/g,最低为PCB138,平均为0.104 ng/g。表层底泥中,检出率最高的为PCB101,达100%,最低为PCB180,只有58.3%。太湖底泥的多氯联苯含量与底泥中有机质和营养元素几乎不相关,表明大气沉降可能是多氯联苯的重要来源。根据沉积物有关风险评价标准,太湖底泥测定的PCB总量尚未达到毒性评价的低值。尽管底泥中PCBs含量不高,但在底栖生物中可以富集,并通过食物链逐级传递,因而其潜在的危害性仍不容忽视。     

太湖东北部沉积物理化特征及磷赋存形态研究

对太湖东部和北部8个沉积物样品进行了理化性质及磷赋存形态分析,在此基础上探讨了沉积物各理化性质与磷赋存形态间的相关关系。研究结果表明：太湖沉积物的总磷含量为307.43～1454.39 mg/kg,阳离子交换量为15.18～22.68 meq/100g土,有机质含量为1.66%～3.45%;颗粒组成以粉砂级和粘粒级为主,占总量的54.39%～76.83%;主要矿物组成为石英和长石,粘土矿物以伊利石/蒙脱石混层为主,其次是伊利石、绿泥石和高岭石;沉积物中氧化物以SiO2、Al2O3和TFe2O3为主,且它们的含量随沉积物中总磷含量的不同变化较大。磷的形态以无机磷为主,污染较重沉积物中铁/铝磷的含量明显升高,有机磷的比例降低,钙磷变化不大。沉积物的各理化性质与磷赋存形态间关系密切,随着沉积物中总磷含量的增加, 阳离子交换量和有机质的含量都逐渐升高,细颗粒含量（<2 μm）逐渐增多,铁/铝形态的磷在总磷中所占比例也逐渐增大。     

太湖水体中悬浮物研究

为了全面了解太湖水中悬浮物的物质组成、变化规律,选取了太湖站近10年来各测点的连续观测资料及2次定点观测资料,分析了太湖水体中悬浮物的无机和有机颗粒成份、时空分布、垂直变化、与风速、风向的关系以及与重要光 学参数的关系。研究结果表明：太湖悬浮物中有机物大概占30%;浓度大小的湖区分布大致是：湖心区＞河口区、梅梁湖、贡湖、五里湖＞东太湖;悬浮物浓度的季节变化是：湖心区冬季、春季＞秋季＞夏季,东太湖冬季＞春季、夏季、秋季,其他湖区则没有明显季节变化;垂直分布是：深层＞表层并且底泥悬浮的临界风速在5~6.5 m/s之间;悬浮物浓度的增加是引起湖水透明度降低和光学衰减系数增大的主要原因。     

太湖主体湖区对梅梁湾藻类影响定量化研究

针对太湖梅梁湾独特的地理位置和富营养化严重的问题,利用太湖水量水质模型和梅梁湾藻类生长模型,在对模型进行了率定、验证的基础下,模拟了在东南风和西北风两种常见风向的条件下,太湖主体湖区对梅梁湾内营养盐浓度和藻类浓度的影响情况,并将其影响定量化。本次模拟较好地反映了太湖主体湖区在两种常见风场的条件下对梅梁湾内水质影响情况。模拟得到以下结果：在不考虑风场和流场的情况下,梅梁湾内部2001年8月藻类平均浓度为43.18 mg/m³,总氮浓度为2.48 mg/L,总磷浓度为0.248 mg/L,只考虑东南风引起流场的情况下,藻类浓度为41.92 mg/m3,总氮浓度为2.07 mg/L,总磷浓度为0.231 mg/L;考虑东南风风场和流场两个因素的情况下,藻类浓度为53.86 mg/m3,总氮浓度为2.06 mg/L,总磷浓度为0.229 mg/L;同期,只考虑西北风风场的情况下,藻类浓度为42.55 mg/m³,总氮浓度为2.19 mg/L,总磷浓度为0.232 mg/L;考虑西北风风场和流场两个因素的情况下,藻类浓度为50.71 mg/m³,总氮浓度为2.17 mg/L,总磷浓度为0.233 mg/L。结果表明,梅梁湾内部的氮、磷等营养盐浓度受到由太湖主体湖区的风场变化引起的湖流扰动的一定影响;太湖主体湖区对梅梁湾内部藻类浓度的影响主要是由藻类漂移引起的,由营养盐浓度改变而引起的藻类浓度变化非常小。     

不同养殖模式池塘沉降颗粒营养物质组成特征

2012年4~10月采用自制沉降颗粒收集装置收集主养草鱼和黄颡鱼池塘生态系统中沉降颗粒物,开展了颗粒物质的垂直沉降量以及沉降颗粒中碳氮磷等营养物质的组成及沉降通量的季节变化特征的研究。结果表明:养殖可以显著提高池塘颗粒物质的垂直沉降量,主养草鱼池塘中颗粒物质垂直沉降量显著高于主养黄颡鱼池塘(p0.01),且两种养殖模式池塘颗粒物质沉降量随着养殖时间推进有显著增加的趋势。主养草鱼的池塘中颗粒物质垂直沉降量在100.39~414.66g/(m2·d)之间变化,平均为224.46g/(m2·d),主养黄颡鱼池塘中沉降颗粒物质垂直沉降量在34.14~272.91g/(m2·d)之间变化,平均为155.18g/(m2·d)。两种养殖模式沉降颗粒的碳氮磷成分在养殖周期内的变化规律不明显但具有相似的变化趋势,主养黄颡鱼池塘沉降颗粒中TN、TC、TOC和TON的含量均比同时期主养草鱼高,且均随着养殖时间的推进,沉降颗粒中碳氮磷的总量呈增加趋势。两种养殖模式池塘沉降颗粒中的C/N比值与沉积物中的C/N比值较为接近,表明沉降颗粒与沉积物营养物质来源具有一定的相似性,同时养殖系统内养殖对象与其所处环境的相互依存和相互影响对颗粒物质的产生以及沉降具有重要作用。     

城、郊能量及辐射平衡特征观测分析

城市化发展导致城、郊能量平衡及辐射平衡存在明显差异。利用城、郊夏季涡度相关系统观测数据,分析了南京城、郊在晴天条件下的辐射平衡、能量平衡、反照率以及储热项变化特征。结果表明：（1）夏季晴天条件下,城、郊辐射收支分配有显著不同。城市辐射陷阱作用导致城区向上短波辐射日均值小于郊区,城、郊分别为246 W/m2和395 W/m2,城市辐射陷阱效应导致截留的短波辐射日平均值可达237 W/m2。同时城市地表向上长波辐射日均值大于郊区自然地表,城、郊分别为5051 W/m2和4883 W/m2,这与城、郊地区不同的地表温度直接相关;（2）城、郊能量平衡分配的方式有显著不同,城市地表储热及感热为能量分配的主要方式,感热全天为正,始终处于不稳定层结。郊区潜热为能量分配的主要方式,夜间存在稳定层结条件;（3）城区总体日平均反照率为011,郊区草地日平均反照率为017,城区水泥楼顶日平均反照率为023。城区铁塔上日均反照率代表整体城市下垫面反照率的特征,城市辐射陷阱作用导致其小于郊区反照率。而水泥楼顶的反照率代表水泥板单一下垫面城市特征,因此大于前2者的反照率日均值。另外,郊区日平均反照率的日变化比城区表现出更明显的不对称性;（4）白天城区储热项占净辐射的56%,而郊区仅占净辐射的7%,并与已有试验中夏季白天储热项数据进行了比较,城市储热项特征与观测所处站点的水泥（硬地）面积所占比重以及是否考虑人为热的影响密切相关     

基于SWAT模型的丹江口水库流域农业非点源污染的时空分布特征

利用SWAT模型,基于GIS技术和流域DEM,构建了丹江口水库流域农业非点源污染基础信息库,并根据实测资料对模型的参数进行了率定和验证,在确定模型适用性的基础上分析了流域农业非点源污染负荷的时空分布特征,模拟计算了流域内主要的土地利用类型的单位面积农业非点源污染负荷量。结果表明：研究区农业非点源污染负荷年内分布不均,污染负荷与降雨量具有较强的相关性,氮负荷同月径流的相关系数为0896,磷负荷同泥沙负荷的相关系数为0920;氮、磷等营养物质的流失量具有较大的空间差异性,且不同土地利用方式下单位面积的农业非点源污染有较大的差别,耕地和裸露地的单位面积污染负荷均较高,而林地单位面积的泥沙负荷污染负荷最低,其单位面积的泥沙负荷、吸附态氮、溶解态氮、吸附态磷和溶解态磷分别为715 t/hm2、892 kg/hm2、835 kg/hm2、807 kg/hm2、006 kg/hm2;设计不同的情景,模拟了不同施肥量和水土保持措施对农业非点源污染物产出的影响,与基准情景相比,发现减少化肥施用水平对研究区农业非点源污染总氮和总磷负荷削减比例较大,采取退耕还林和还草两种水土保持措施能有效减少流域泥沙负荷和农业非点源污染负荷     

长江口南北支水沙特性观测研究

利用2009和2010年洪枯季、大小潮长江口南北支长时间序列的水沙盐观测资料,系统分析了近期南北支的水沙盐时空分布特征及南北支之间的关系,探讨了北支水沙盐倒灌,特别是泥沙倒灌对南支水域悬沙浓度的影响。分析结果表明:北支盐度和悬沙浓度年际、季节性及大小潮差异明显,一般大潮大于小潮,枯季大于洪季,平水年大于丰水年;南支受径流影响大,悬沙浓度均值在0.2kg/m3左右,盐度在0.25‰左右,南支悬沙浓度和盐度的大小均较北支小一个量级,其变化较北支复杂,尤其是在落潮时段盐度和悬沙浓度短时间内明显增加。北支作为河口唯一受潮汐控制的分支,水沙盐倒灌南支,倒灌期间南支悬沙浓度增加,洪季大潮有微弱沙量倒灌,悬沙浓度有0.05kg/m3的增幅,枯季大潮泥沙倒灌尤甚,南支悬沙浓度长时间维持在0.25kg/m3左右,最高可达0.62kg/m3。如上游径流量减小显著,则北支泥沙和盐水倒灌对南支的影响会增大。     

太湖聚藻区水华易发季节沉积物磷的分布特征

为了探讨太湖聚藻区月亮湾在水华易发季节及前后沉积物磷的赋存及迁移特征，采用欧洲标准测试委员会框架下发展的SMT磷形态分级方法对月亮湾由冬季至夏季（1～7月）表层沉积物（5 cm）分层的磷形态分析发现，总磷和无机磷呈现逐渐下降的趋势，平均含量分别为53553和42590 mg/kg。但有机磷则在冬季至夏初降低，随后从夏初开始上升并于7月达最大值，平均含量为8772 mg/kg，是冬季的14～18倍，表明藻类聚集和沉降对表层沉积物有机磷含量产生显著影响。在监测的这几个月中，无机形态磷均于春季4月达到最大值，而且与1、6和7月表现出显著的差异性（P <005）。铁磷为无机磷主要形态，平均含量达到18686 mg/kg，占无机形态磷质量分数的4443%，且4月、5月和6月沉积物铁磷含量表现出显著的差异性（P <005）。其次是铝磷和钙磷，平均含量分别达到12949和9748 mg/kg，为无机形态磷质量分数的3118%和2318%，各月份沉积物铝磷含量表现出显著的差异性（P<005），而钙磷却无显著性差异。沉积物中可交换态磷的含量虽然较少（平均444 mg/kg），但其冬季至春季逐渐升高、春季至夏季逐渐降低的现象，表明在生长季节可交换态磷从沉积物向上覆水柱释放，为藻类复苏和生长提供物资基础。分析还发现，铁磷、铝磷和有机磷均与可交换态磷存在较好相关性，无机磷与总磷的相关性最为显著，表明研究区沉积物中总磷的含量与分布主要受控于无机磷     

崇明东滩滨海围垦湿地生长季CO2通量特征

利用涡度相关法,观测了崇明东滩滨海围垦湿地2013年生长季的CO2通量,并分析了CO2通量动态特征及相关环境因子对其的影响。结果表明：该湿地2013年生长季累积净生态系统CO2交换量(NEE)达-1 033257 g/m2,表现为明显的CO2的“汇”。各月NEE平均日动态虽有差异,但均表现为典型的“U”型曲线;各月均表现为吸收CO2,其中7月份月累积NEE值最小,为-274928 g/m2,而9月份最大,为-67440 g/m2;就生态系统呼吸(Reco)占生态系统总第一性生产力(GPP)的比例(Z值)而言,4月份最小,而9月份最大。光合有效辐射(PAR)和日间净生态系统CO2交换量(NEEd)之间符合直角双曲线关系,表观量子效率(α)和最大光合速率(Pmax)分别在6月份和8月份达到最大值;相对于土壤温度(Ts),4 m气温(Ta4)能够更好的解释NEEn和NEEd的变化;各月NEEn与Ta4之间符合极显著指数函数关系;在7和8月份,NEEn与Ta4之间呈现出极显著负相关,即Ta4的升高能够抑制NEEn的增大,而其余月份则为极显著正相关。各月NEEd与Ta4之间均符合极显著二次函数关系,而在4、6以及9月份,NEEd与Ts10及Ts30之间并无显著相关性。就Q10值而言,除了7和8月,其余月份均呈现出Q10(Ta4)<Q10(Ts10)<Q10(Ts30)的规律。土壤体积含水量(SWC)和土壤盐度(Ss)是NEE的重要影响因子,二者与NEEn及NEEd之间均表现为极显著的相关性     

近期长江口南支河道洪季含沙量时间变化及床沙再悬浮研究

基于2011年洪季在南支河道从小潮至大潮连续8天现场定点观测所获得水沙观测数据(包括潮流、悬沙浓度、悬沙粒度和表层沉积物样品),通过对悬沙浓度、悬沙粒度和沉积物在不同时刻的组成分析,以及流速、悬沙和底床切应力的相互影响分析,对长江河口南支河道悬沙随时间变化特性和河床沙再悬浮作用进行了研究。结果表明:观测期间南支主槽下段落潮水动力强于涨潮;落潮悬沙浓度高于涨潮,并由小潮至大潮逐渐增加;落潮悬沙粒径粗于涨潮,并随小潮至大潮不断粗化;河床沉积物颗粒较粗,细砂类组成达到90%以上;流速、悬沙及底床切应力之间存在显著相关性;河床泥沙再悬浮强度较强,其量值有限。而近期研究区域悬沙浓度和水沙关系发生变化,与流域来沙出现锐减有关。