太湖底泥沉积物释放规律研究

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,通过矩形水槽试验模拟了太湖不同流速下的沉积物释放,并结合太湖悬浮物模型进行推算,获得了底泥沉积物再悬浮通量与风速之间的定量关系。结果表明:太湖底泥在3种起动标准下对应的起动流速分别为15、30和40 cm/s;底泥沉积物再悬浮通量与风速呈现线性正相关关系,再悬浮通量随风速增大而增大,且相关性较好。该方法为太湖内源释放量估算及富营养化治理提供参考依据。     

流速对太湖底泥污染物释放的影响

以太湖底泥为研究对象,在实验室温控和光控条件下,利用循环水槽形成不同的流速,模拟太湖水动力作用,研究不同流速条件对底泥中营养元素释放的影响。结果表明:在一定实验条件下,底泥悬浮的临界流速为3~4 cm/s,一旦超过临界流速,底泥发生悬浮,氮、磷营养元素不断释放到水体中,为藻类的繁殖提供持续不断的养分。但如果流速继续增大,氮、磷等释放速率开始下降。     

模拟扰动条件下太湖水体悬浮物的结构特性

设计了1个水体扰动模拟实验装置, 通过该装置中的光散射分析仪和图象采集、分析系统,能在线记录底泥受到不同强度扰动时水体中悬浮颗粒物的变化过程.利用该装置,研究了太湖梅梁湾3个采样点的底泥在受到不同强度扰动后,水体浊度变化规律和悬浮颗粒物结构特性.结果表明,底泥含水率及粒度分布对底泥受扰动后再悬浮的潜力有较大影响,含水率越高,再悬浮的潜力越大.随着扰动强度增大,水体的浊度相应增加,水体中悬浮颗粒物中值粒径也增大,分别从6.63, 5.79, 5.51 μm上升到12.49, 11.38, 13.33 μm.悬浮颗粒物图象分析表明,颗粒物在扰动中发生聚集、絮凝过程.颗粒物图象的形态学分析表明,悬浮颗粒物形状呈现分形现象,颗粒物的长短比在1.27～1.52之间,分形维数D₂则在1.72～1.94之间.     

苦草不同生命阶段对水体、底泥中氮迁移转化的影响

沉水植物的生长发育、衰亡过程会对水体中氮循环产生一定影响。为了研究氮在水体-底泥-沉水植物系统中的迁移转化规律,构建了人工模拟的水体-底泥-沉水植物(苦草)系统,连续270 d测定了苦草整个生命周期内水体、底泥、苦草中总氮(TN)及各形态氮浓度的变化。结果表明,在苦草生长期的前90 d中,苦草生物量增长了近30倍,水体和底泥中的TN浓度都有所降低;90 d之后苦草陆续进入衰减期及腐解期,整个体系的TN浓度持续下降,在第180天时苦草组的水体及底泥TN浓度都小于空白组。至试验结束的第270天,苦草已经完全腐解,底泥中TN浓度比第180天下降了9.11%,但水体中的TN浓度与第90天时相当,是第180天的2.42倍。苦草组底泥及苦草中的NH+4-N和NO-3-N浓度在试验周期内变化较大,NH+4-N和NO-3-N在生长期由底泥迁移到苦草中,被植物吸收和利用,随着苦草的逐渐衰亡腐解,NH+4-N和NO-3-N大量释放,一部分沉积在底泥中;而空白组NH+4-N和NO-3-N浓度在底泥及水体中波动不大。     

氨氮和硝氮在太湖水华自维持中的不同作用

通过室内实验和野外监测相结合的方法,探讨了氨氮(NH4+-N)和硝氮(NO3--N)在太湖水华自维持中的不同作用.室内实验结果表明,水华微囊藻在以NH4+-N为氮源时比以NO3--N为氮源时具有更高的生长以及光合能力,当生长在不同的NH4+-N/NO3--N(浓度比)上时水华微囊藻均优先吸收NH4+-N,而当NH4+-N浓度大于2mg/L时,水华微囊藻的生长速率急剧下降;野外监测结果显示,在太湖藻型区,水体中的氮源以NO3--N为主,除了竺山湾,其余湖区全年NH4+-N/NO3--N基本在0.5以下,NH4+-N年平均浓度在2mg/L以下.结果表明,太湖中巨大的氨再生量使得浮游植物能以NH4+-N为主要氮源生长,而低浓度NH4+-N环境避免了浮游植物的生长受到抑制,两者共同保证了夏秋季太湖浮游植物的高生长以及光合能力,使得微囊藻生长旺盛、蓝藻水华维持在严重状态.     

太湖水质时空分布特征及内源释放规律研究

将太湖 2 0 0 1～ 2 0 0 2年的水质监测数据与空间数据相结合 ,采用基于因子分析的主成分分析方法将太湖的水质参数概括为 5个主成分 ,提取并反证了湖泊水质各个主成分的科学内涵 ,分别为 :水体营养指数 (F1)、富营养化指数 (F2 )、水体溶解氧指数 (F3 )、水体色度指数 (F4)和水体酸碱指数 (F5 ) ;研究了各主成分的空间分布特征和随时间的变化规律 .在室内环形水槽内模拟了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 (个别动、少量动、普遍动 )下的起动流速 ,并利用泥沙起动的理论模型给予了验证 ,最后得出太湖底泥在 3种不同起动标准下的起动流速分别为 :3 7.9cm·s- 1 ,46 7cm·s- 1 ,5 9 8cm·s- 1 .通过考察上覆水中TN、TP浓度的变化 ,建立了底泥中TN、TP释放率与水体流速的定量化关系 .并将太湖水量水质的同步监测资料应用在数学模型中 ,解决了以往模型中底泥释放率取为常数的不足 ,取得了较好的效果     

太湖底泥营养要素动态释放模拟和模型计算

采用太湖湖区底泥,根据环型水槽实验总结了各种扰动强度下太湖底泥的起动、悬浮和营养盐释放规律.环型水槽内水体流速均匀且能够通过控制水槽的转速精确控制水槽的水体流速.通过考察水槽中水体TN、TP浓度的变化,建立起了底泥TN、TP释放率(y)与水体流速大小(x)的定量化关系.根据实验确定的各种参数,采用ECOMSED模型计算模拟,并和太湖实测资料进行了对比,结果较为合理.由于目前太湖的野外监测资料存在较明显的时空不一致性,模型参数率定的精度受到了较大影响,通过室内实验模拟底泥的内源释放对太湖的富营养化治理具有重要意义.     

流速对太湖河道底泥泥沙、营养盐释放规律影响实验研究

河湖中的底泥作为二次污染源,影响河道水环境.太湖河口及调水区河流底泥泥沙、营养盐的释放扩散受水动力条件的影响越来越受到人们的重视.用环形水槽模拟河道的水动力条件的改变,通过实验研究悬浮泥沙、总溶解氮磷(TDN,TDP)和总氮磷(TN,TP)浓度在不同流速条件下在水体中的变化情况,从而掌握底泥泥沙、营养盐在不同流速下的释放特性.本研究按照泥沙的起动标准,把相对应的流速分为"个别动"、"少量动"以及"普遍动"流速,对应不同的泥沙悬浮量以及营养物质的释放量.研究显示高于起动流速下营养盐的动态释放较低于起动流速下的静态释放.泥沙的悬浮量与营养物质的动态释放过程密切相关.TDN、TDP释放量和最终平衡浓度随流速呈对数关系;TN、TP平衡浓度随流速增加呈指数形式增加.整个释放过程为,0~30 min的释放前期为孔隙水释放,营养物质释放量大且速率快;后期为再悬浮颗粒物释放,释放量小且速率减慢,达到平衡之后,营养盐浓度基本稳定.营养物质的空隙水释放与在悬浮颗粒物释放的比例有待进一步的研究.     

水体/底泥生物基城市河道富营养化水体修复试验研究

针对城市水体富营养化现状,自主研发了水体生物基、底泥生物基和微动力涡轮水循环曝气系统.水体生物基对水体中COD、NH+4-N和TP的去除效果,平均去除率分别为82.33%、98.00%和54.73%;底泥生物基在投加5 d内可达到20%以上的底泥减量率,上覆水曝气可有效缓解由底泥有机质降解而引起的营养盐释放;由水体/底泥生物基相结合并辅以微动力涡轮水循环曝气系统的组合技术,在中试试验中表现出较好的水体营养盐去除及底泥有机质降解效果,COD、NH+4-N、TP的去除率分别为52.0%、33.6%、23.4%,河道底泥中有机质成分由试验前的38.20%降至试验结束时的12.20%.     

不同曝气方式对城市重污染河道水体氮素迁移与转化的影响

以南京仙林大学城的重污染河道水体为对象,利用模拟方法研究不同曝气方式（底泥曝气、水曝气）对水体氮素迁移与转化的影响.结果表明,在缺氧和温度升高条件下,底泥氮素主要以NH 4＋-N形式向上覆水释放;上覆水NH 4＋-N的最大累积量表现为：水曝气〈底泥曝气〈对照,3种工况下上覆水中NH 4＋-N的最高质量浓度分别为9.40...     

太湖浮游硅藻时空演化与环境因子的关系

利用1992年至2002年每月1次的监测资料,系统分析了太湖北部3个区域(河口、梅梁湾、湖心)浮游硅藻(Planktonic diatoms)生物量周年变化和空间分布情况.同时,水中磷酸盐(PO43--P)、氨氮(NH4+-N)、硝氮(NO3--N)和硅酸盐(SiO23--Si)含量等相关资料也被用于解释太湖浮游硅藻时空分布的原因.结果显示,直链硅藻(Aulacoseira sp.)是太湖浮游硅藻的优势种,其它常见种有小环藻(Cyclotella sp.)、针杆藻(Synedrasp.)等.硅藻总生物量占浮游藻类生物量百分比平均值约为20%.太湖浮游硅藻生物量在河口最大,梅梁湾其次,湖心最小,究其原因可能与河口的特殊生态环境(水流速度)有关,另外,河口丰富的营养盐,特别是磷酸盐和氨氮也是一个重要因素.温度可能是影响太湖浮游硅藻生物量季节变化的关键因素.Pearson相关分析证实,磷酸盐、氨氮和温度均与硅藻生物量显著相关(p<0.01),且蓝藻生物量百分比与硅藻生物量百分比呈显著负相关.研究结果说明,太湖浮游硅藻的生长分布受多种环境因子(磷酸盐、氨氮、温度)的影响限制,太湖浮游硅藻与蓝藻可能存在着竞争演替的趋势.     

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

2002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NO₃^--N变化最为显著,升高浓度值达11.869μmol·L^-1,NH₄⁺-N增长2.1713μmol·L^-1,NO₂^--N的释放约为0.2μmol·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,NH₄⁺-N和NO₃^--N表现出与静置状态截然相反的变化规律,NO₂^--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,NH₄⁺-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;NO₂^--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NO₃^--N的变化与其关系比较薄弱.     

滇池沉积物氮内源负荷特征及影响因素

研究了滇池沉积物间隙水氮浓度垂向分布特征,根据Fick扩散定律定量估算了沉积物-水界面氮扩散通量,并探讨了其影响因素.结果表明:滇池沉积物间隙水溶解性总氮(DTN)主要以氨态氮(NH4+-N)形式存在,占其总量的72.30%,其浓度随深度增加而升高;其次为溶解性有机氮(DON),占其总量的24.59%,其浓度随深度的增加先升高后降低,最后趋于稳定;硝态氮(NO3--N)所占比例较低,浓度随深度的增加而降低.滇池沉积物-水界面NH4+-N扩散通量分布范围为12.73~59.74mg/(m2·d)[均值30.18mg/(m2·d)],全湖年均氨氮释放量为3305.04t,其中草海、外海北部、东北部及南部湖区扩散通量较大,达35mg/(m2·d),全湖呈由北向南逐渐降低的空间分布特征;全湖年均DON释放量为1147.55t,其全湖分布特征与氨氮一致;NO3--N扩散通量分布范围为-2.70~0.27mg/(m2·d)[均值-0.50mg/(m2·d)],总体表现为由上覆水向沉积物扩散.与我国其他湖泊相比,滇池具有较大沉积物氮内负荷,其沉积物-水界面NH4+-N扩散通量较高,对湖泊水体氨氮浓度贡献较大,且其与沉积物总氮、有机质、可交换态氮和可交换态氨氮含量呈显著正相关,即滇池沉积物NH4+-N释放主要受其可交换态氮,特别是可交换态中氨氮含量影响;同时,滇池沉积物DON潜在释放风险也较大,且与沉积物C/N有关.     

基于因子分析的太湖湖湾污染物分布特征

根据太湖三大湖湾的水质监测数据,运用因子分析(Factor analysis)方法对该湖湾7种污染物成分进行了统计分析,并讨论了水体中污染物的来源。结果表明:梅梁湾第一污染因子主要是TN、TP和Chla,第二主因子主要代表NH4+-N和高锰酸盐指数,NO3--N对第三主因子贡献明显;贡湖湾第一污染因子为TN、TP、高锰...     

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.     

太湖北部三个湖区各形态氮的空间分布特征

通过对太湖北部竺山湾、梅梁湾和贡湖上覆水、间隙水和表层沉积物中各形态氮含量的分析,探讨了其中各形态氮的空间分布特征,计算了沉积物-水界面氨氮(NH4+-N)的扩散通量,并对上覆水、间隙水和沉积物中各形态氮进行了相关性分析.结果表明,空间上,上覆水、间隙水和沉积物中,NH4+-N的平均浓度为竺山湾>梅梁湾>贡湖的分布趋势;NO3--N在上覆水和沉积物中为贡湖>梅梁湾>竺山湾的分布趋势,但间隙水中梅梁湾>贡湖>竺山湾;TN在上覆水、间隙水和沉积物中的分布与NH4+-N相似.NH4+-N在竺山湾、梅梁湾和贡湖的平均扩散通量分别为1009.27μmol/(m2×d)、49.35μmol/(m2×d)和3.14μmol/(m2×d).相关性分析表明:上覆水、间隙水、表层沉积物之间NH4+-N存在相关性.     

Lake sediment resuspension and caused phosphate release -a simulation study

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＯｎｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔ ｗａｔｅｒ,ｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔｐａｒｔｉｃｌｅｓｍａｙｒｅｓｕｓｐｅｎｄｕｐｔｏｔｈｅｏｖｅｒｌｙｉｎｇｗａｔｅｒｔｏｆｏｒｍｍｕｌｔｉｐｈａｓｅｕｎｄｅｒｃｅｒｔａｉｎｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ (Ｌｅａｎ ,1973) ,ｗｈｉｃｈｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｈａｂｉｔａｔａｎｄｎｕｔｒｉｅｎｔｓｆｏｒｏｒｇａｎｉｓｍｓ.Ｔｈｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｉｎｄｕｃｅｄｂｙｗｉｎｄａｎｄｗａｔｅｒｆｌｏｗｉｓｅａｓｉｅｒａ…     

入太湖污水中三态氮水质模型的研究

本文通过多次现场调查与室内实验的数据分析,对流入太湖污水中三态氮水质模型的建立进行了初步探讨。研究表明,模型的计算数值与现场实测数值基本一致。     

Lake sediment resuspension and caused phosphate release--a simulation study.

Intact sediment cores and wet/dried surficial sediments sampled from the two sublakes in Taihu Lake, Meiliang Bay and Wuli Lake, were incubated in the laboratory to determine the effects of resuspension on internal phosphorus loading by simulating different resuspension events. Soluble reactive phosphorus (SRP) release from undisturbed core sediment sampled in the Meiliang Bay and Wuli Lake in July 1998 was 1.53 mg/m2 and 2.24 mg/m2 within 4 days, respectively. However during one hour experimental simulation of resuspension, SRP increased by 0.041 mg/L and 0.077 mg/L in the above cores, which indicate that a typical resuspension event in the lake would be accompanied by the release of 10.77 mgSRP/m2 and 23.1 mgSRP/m2, respectively. The internal phosphorus loading induced by resuspension is estimated to be 8-10 times greater than the release from undisturbed sediment. SRP release from the dried sediments during simulation of resuspension was mainly dependent on the disturbing intensity. Only when the wind strength gets to certain level, the influence of wind speed on phosphorus release appears significant, indicating that an exchangeable P pool, capable of altering equilibrium conditions in the lake areas, is built up under strongly wind-exposed resuspension events.