海洋牧场与海上风电融合发展项目对海洋环境的若干影响分析

海洋牧场和海上风电产业融合发展已经成为现代化海洋产业发展的重点方向,现有研究鲜有在海洋牧场与海上风电融合发展模式下针对海洋环境影响评价的实践案例和相关分析。文章通过实例,采用数值模拟、数据对比和定性描述相结合方式,从水文动力、地形地貌和冲淤及悬浮泥沙3方面详细分析和探讨该类项目建设对海洋环境可能产生的影响及影响程度。结果表明,工程建设对周边海域流速和流向影响较小,在大潮期间流速变化的幅度最大变化在1 cm/s,流向最大为2°,对平均流速的影响在工程区附近局部范围内,其他水域流速基本不会受到工程的影响。工程区域历年等深线整体呈离岸移动的趋势,周边海床处于淤积状态,工程周边海域整体冲淤趋势与工程建设前变化不大。电缆敷设将对工程周边海域水质产生一定影响,考虑到电缆施工完毕后所在海域很快会恢复到背景环境,悬沙实际影响范围远小于预测范围,对水质影响较小。     

筑坝河流水动力条件对浮游植物动态变化的影响

河流筑坝后水动力条件发生改变,影响了浮游植物的动态变化,目前对这一过程的研究相对较少。为此,本研究对乌江河流-水库体系浮游植物和流速及相关环境因子进行了季度调查。研究区域水体平均流速为032 m/s,变化范围为001～132 m/s;浮游植物中硅藻、蓝藻、甲藻对水体流速变化最敏感:在流速小于005 m/s时,蓝藻与硅藻占比最大,甲藻次之,其他藻类占比较低;流速在005～010 m/s之间,蓝藻占比下降,硅藻、甲藻及绿藻占比上升,其他藻类占比较低;流速大于010/s时,硅藻占比达到绝对优势。浮游植物细胞丰度随着流速的增加表现出先增加后减小的趋势,两者之间存在单峰关系;不同流速下浮游植物会出现较明显的聚类特征。     

海洋工程影响下莱州湾海域水动力环境变化特征

本文利用MIKE21FM数值模拟软件模拟了2000年和2014年莱州湾海域的水动力变化。结果表明由于海洋工程的建设,莱州湾内地形和浅滩发生变化,导致2014年湾内整体潮流流速较2000年减小,流向发生一定偏转;在NE向定常风驱动下对比2000年和2014年模拟海流结果可知变化幅度在1~3 cm/s内,莱州湾整体表层海水运动受岸线变化影响较小;纳潮量减少0.1788 km3,为2000年的3.2%;半水交换时间由27.5 d增加到29 d,工程建设对莱州湾水交换影响相对较小。     

湖泊水位变化对挺水植物影响分析:以洪泽湖为例

湖泊水位波动的幅度、频率、持续时长、规律性等是影响湖泊水生植被状况、水资源调配的关键因素。以往研究主要通过选取部分水位变化指标来识别主要的生态影响。而要维持湖泊生态健康进行合理水位调控,需要综合水位变化的多指标,从整体上分析湖泊植物对湖泊水位变化的响应特征。以洪泽湖为例,基于IHA/RVA法,重点分析了南水北调东线一期工程后洪泽湖水位变化对挺水植物的影响。结果表明:南水北调东线一期工程后洪泽湖3,5,7,9月月平均水位以及最小30 d平均水位等指标发生较大改变,对挺水植物面积的影响是最显著的,其他IHA指标改变度小,影响不明显。3月平均水位超过13.4 m,挺水植物萌发抑制明显;当5月平均水位在13.1 m,7月平均水位在12.7 m时,挺水植物面积显著增加;9月平均水位高于13.4 m,挺水植物面积大幅减少。当最小30 d平均水位<12.0 m时,挺水植物面积平均减少14.32 km2。为满足洪泽湖挺水植物生长和繁殖需求,确定3,5,7,9月适宜生态水位为13.20,13.10,12.70,12.85 m。     

不同水流流速对大叶藻移植植株存活、生长及光合色素含量的影响

在山东荣成典型潟湖-天鹅湖选取4个不同水流流速区域(6.5、8.2、11.8、24.6 cm/s),利用枚订法进行大叶藻植株移植,监测不同水流流速条件下移植植株存活、生长及光合色素含量的变化,确定大叶藻植株移植修复海区适宜水流流速范围。结果显示,移植90 d后,各水流流速条件下移植植株全部存活;6.5~8.2 cm/s条件下移植植株地上组织的形态学指标、质量和生产力均显著高于11.8~24.6 cm/s处理组,而地下组织的各指标则在6.5 cm/s水流流速时达到最小值;移植植株各光合色素含量的变化一致,均在24.6 cm/s水流流速时达到最大值,是其余处理组的1.2~1.3倍,6.5~11.8 cm/s处理组之间无明显差异。综合分析表明,利用枚订法移植的大叶藻植株至少可以耐受6.5~24.6 cm/s的水流环境,其适宜的水流流速阈值为8~10 cm/s。     

长江口海域近50a来营养盐的变化及其对浮游植物群落演替的影响

本文根据收集到的1960s到2000s年间东海长江口附近海域(30.5～32°N,122～123°E)的营养盐数据,分析了长江口海域营养盐的季节变化及历史变化趋势。其中根据1959～1960年,1985～1986年和2002～2003年长江口海域营养盐的季节变化数据,发现50 a来,营养盐的季节变化差异不大,均呈现出春夏低,秋冬高的季节变化趋势,其中2002～2003年四个季节之间营养盐含量的变化幅度较其它两年略小。从1960s～2000s年的历史变化可以看出,调查海域的DIN含量呈现出显著上升的趋势,但是在2000年以后,DIN的年平均含量略有降低但变化不大,基本保持在18μmol/L。DIP年平均浓度变化不明显,浓度范围维持在0.39～0.60μmol/L之间。SiO3-Si的年平均含量呈现出明显的降低趋势。就营养盐组成变化来说,DIN/P比例和Si/DIN比值的变化趋势相反,DIN/P比例呈现出升高的趋势而Si/DIN呈现出降低的趋势。生物数据表明从1980s以后该海域赤潮优势种有从硅藻演变为甲藻的趋势,结合营养盐的变化分析认为过量的DIN和持续升高的DIN/P是造成这一藻种长期演变现象的主要原因。     

海南马袅湾水动力状况及水交换特性分析

本文建立了马袅湾三维水动力模型,并用水位、流速和流向等实测资料进行验证,分析马袅湾不同特征时刻的流场特征,构建水交换关联矩阵模型,计算马袅湾海域与毗连外海的水交换周期。为弄清养殖区内的海水去向和来源,进一步将马袅湾划分为包括养殖区在内的12个海区,计算湾内各海区的水交换周期。结果表明,马袅湾湾口流速明显高于湾内流速,最大流速约为1.1 m/s,湾内流场在大潮落急和涨急时刻分别呈明显的顺时针和逆时针的涡旋结构。马袅湾海域与外海交换的能力表现为大潮大于小潮的特点,大潮半交换周期平均约为8.2 h,小潮半交换周期约为21.1 h,且湾口海域水交换能力最强,半交换周期小于1 h。养殖区与毗连琼州海峡的海水交换最为显著,与其邻近的湾内一侧海区有一定的水交换过程,但几乎不与马袅湾湾底海域发生交换,表明养殖区选址合理。     

气升式氧化沟流动特性的中试研究

在清水实验中研究了中试气升式氧化沟单侧廊道流速分布及进气量对升流区和直段流速的影响.中试装置容积54m3,当进气量按42,79,170m3/h 增大时,升流区水平方向流速略有增加,沿水深方向流速增幅较大;直段流速随气量的增加变化不大;进气量大于79m3/h 后直段流速几乎没有变化,底部平均流速约为0.25m/s.通过测试不同进气量下的污泥浓度确定了保证流动的最小流速.进气量为20m3/h 时,沟内最大流速仅有0.07m/s,此时仍未出现污泥沉降.结合后续的污水处理效果研究,实际工程中可将沟底流速大于0.15m/s 作为防止污泥沉降的流速要求.     

三峡工程一期蓄水后长江口及其邻近海域悬浮物浓度分布特征

长江三峡工程一期蓄水自2003-06-01开始,到2003-06-10结束.为了研究长江三峡工程蓄水对长江口环境的影响,在2003-06-15～2003-06-25进行了长江口及其邻近海域环境综合调查.根据此次调查所取得的实测数据资料,计算了各站各层位的悬浮物浓度,结合相应水体的盐度值和温度值,分析了长江口及其邻近海域悬浮物浓度的分布特征以及蓄水前后悬浮物浓度与分布格局的变化.结果表明,长江口及其邻近海域悬浮物浓度自海水表面向海底逐渐增高,悬浮物主要分布在123°E以西的口门地区和近岸的狭长海区.三峡工程一期蓄水后与蓄水前长江口多年平均含沙量相比,长江航道和南支地区悬浮物浓度明显下降,长江航道徐六泾附近地区悬浮物浓度从蓄水前的400～500 mg/L下降到蓄水后的60.2 mg/L,南支地区悬浮物浓度从蓄水前的445 mg/L下降到蓄水后的148 mg/L;长江口邻近海域悬浮物浓度变化不明显,蓄水前后均为表层悬浮物浓度小于10mg/L,底层悬浮物浓度小于100 mg/L.蓄水前后整个研究区悬浮物浓度分布的总体格局相似.     

单井抽出-回渗同步循环地下水水力控制模型研究

为研究单井抽出-回渗同步循环地下水水力控制技术中主要参数之间的关系以及参数对该技术的影响,搭建实验室尺度孔隙含水层物理砂柱模型并基于该物理模型构建MODFLOW地下水流数值模型,研究了通过单井抽出-回渗同步循环过程来实现人工控制地下水流场和水力梯度的可行性以及水文地质条件和水动力条件的影响.结果表明：(1)物理装置运行一段时间后,抽出-回渗达到平衡.(2)基于物理装置不同位置实测水位校准后的数值模型精度较为理想(纳什效率系数为0.88),可以较好地刻画实现水力控制时物理模型中的实际地下水流场.(3)抽出-回渗量的变化对水位降落漏斗的范围(28.0～28.5 cm)几乎无影响,而对其降深影响较大,当抽出-回渗量分别为1、2.5、5、10 cm³/s时,最大降深分别达到1.76、4.55、9.75、18.65 cm,分别为含水层厚度的2.5%、6.5%、13.9%、26.6%.(4)基于裘布依公式,实现水力控制时含水层不同位置处水位高低与抽出-回渗量大小(水动力条件)和含水层渗透性强弱(水文地质条件)有关,根据16种抽出-回渗和含水层渗透性的不同情景的数值模拟结果拟合...     

兴城市曹庄海域潮滩水动力数值模型的建立

本文以辽宁省兴城市曹庄海域潮滩为例,利用MIKE21建立该潮滩的二维水动力模型,在验证海域稳定深槽的潮位、潮流（流速、流向）基础上,对潮滩淹没过程的瞬时水边线和滩面潮流（流速、流向）进行验证,并分析潮汐特征及强风对潮滩水动力数值模型计算结果的影响。结果表明,该潮滩大、小潮均可实现淹没,每个周日滩面（0.5 m以上）淹没时间的平均值为5.8 h;滩面流场极为复杂,高潮时滩面流速达到最大值,普遍为30~40 cm/s且流向基本平行岸线;6~7强风条件对计算流场有较大的影响,1#、2#测站的计算流速较无风条件下增大43.8%和29.5%。     

北塘水库底泥盐分释放的影响因子研究

为研究北塘水库作为天津市南水北调调节和事故备用水库的水质安全性,2005年7月～2006年1月,取北塘水库0～20cm混合底泥及0～60cm的圆柱状底泥,在实验室模拟了温度变化、风浪扰动、换水、下渗等条件下底泥Cl-的释放过程和释放强度,分析了Cl-释放对水库水质的影响。结果表明,温度越高,底泥中Cl-的释放速率越快,但释放量的差别随时间变得越来越小。在扰动条件下,10d以后,0～20cm混合底泥中的Cl-几乎全部释放出来。每换一次水,底泥中Cl-的释放量都会明显下降。释放和下渗将导致水库底泥中Cl-的含量不断降低,南水北调通水后,如果能保证一定的供水频率以及换水周期,北塘水库水质将越来越好。     

天津地区相对海平面变化最新进展及发展趋势分析

相对海平面上升是一个缓慢、渐进过程,但长期的积累可以使得上升幅度相当可观,从而加剧风暴潮、海岸侵蚀、海水入侵和咸潮等灾害致灾程度。基于验潮位监测和卫星观测结果显示,全球海平面在20世纪中期平均上升1.5~2.0 mm/a,而近30年中国沿海海平面上升速率为2.6~2.7 mm/a,高于全球平均值。渤海湾天津地区由于地面沉降显著,而导致相对海平面大幅度上升。滨海地区地面沉降速率在未来50至100年内可能会稳定在1.0~2.0 cm/a范围,结合目前海平面上升速率2.7 mm/a,总的相对海平面上升速率处于12.7~22.7 mm/a范围。由此估计,到2050年,天津地区相对海平面将比2012年高出48.3~86.3 cm,而到2100年,将比2012年高出111.8~199.8 cm。     

清淤疏浚工程对七里海潟湖湿地水体交换的影响

七里海潟湖湿地受到人类活动的影响,湖盆淤积、湖面萎缩、水质恶化,其生态修复工程（一期）通过对湖盆进行清淤疏浚来改善潟湖生态环境.基于三重嵌套非结构网格建立七里海潟湖湿地水动力和物质输运数学模型,采用实测资料对模型的潮位、流速和流向进行验证,运用欧拉法计算潟湖整体滞留时间及其空间分布,分析工程对七里海潟湖水动力和水体交换的影响,结果表明：（1）工程对潮位的影响较小,工程后潮汐通道口门处涨落潮流量增大,涨落潮流速也随之增加;（2）工程后,潟湖纳潮量较工程前提升87%,滞留时间较工程前降低38%,水体交换能力自潮汐通道向潟湖内部逐渐减弱,工程对潟湖水体交换能力的改善主要集中在河道及潟湖中心水域;（3）工程前水体滞留时间的分布主要受到潟湖地貌影响,工程后水深增大,流场受地貌的影响变小,水体交换能力的分布主要受到潟湖流场影响.清淤疏浚工程有助于潟湖改善水体的交换能力和生态环境.     

基于MODIS数据的洞庭湖水体和水华时空变化研究

为明确洞庭湖水华发生规律、水体面积的变化规律及其影响因子,利用MODIS传感器提供的MOD02HKM数据,采用多波段水体指数（MBWI）模型、浮游藻类指数（FAI）方法识别、提取洞庭湖水体、水华范围,并对2001~2015年洞庭湖水体、水华时空分布数据进行分析.结果表明：洞庭湖的水面范围在年内呈现明显的季节变化,在年际成缩减趋势.水域面积由大到小依次是夏季、秋季、春季、冬季,且2001~2015年丰水期水体的平均面积是枯水期的2.2倍;2001~2015年洞庭湖水域面积萎缩速率为-14.574km²/a,其中夏季的萎缩速率最大,达到-38.678km²/a;2001~2015年期间,洞庭湖区域均发生水华,水华主要集中发生在东洞庭湖的西部湖湾区,西洞庭湖和南洞庭湖的水华则沿河岸零星分布;洞庭湖水华存在明显的季节变化和年季变化.每年水华面积基本呈现正态分布,最小值出现在冬季,最大值出现在夏季和秋季,其值达到681.43km²;2001~2015年水华爆发面积最高占全湖面积的18.2%,水华面积年平均变化率为-8.657km²/a,水华爆发面积呈现缩小的趋势.     

基于卫星测高数据的2002～2018年太湖水位变化监测

针对传统水位监测方法的弊端以及太湖水位变化监测的现实需求,基于Envisat和Cryosat-2测高数据,采用Morlet小波分析、Mann-Kendall检验法研究2002年6月~2018年12月近20a的水位以及周期变化,并应用实测数据进行精度验证,从气象因素和人为影响两方面分析其不同时间尺度的变化趋势以及原因.结果表明： Evnisat/RA2L2GDR数据和Cryosat-2/SIRAL L2GDR数据测量精度较高,与实测水位的季、年尺度相关系数分别为0.559和0.845,可以进行长时间序列水位变化的监测; 多年来太湖平均水位1.379m,最高水位为2016年6月的2.252m,最低水位为2011年10月的0.832m,每年1~4月水位逐渐上涨,在6月前后达到峰值,此后开始下降,在年末出现轻微抬升,且太湖春季水位最高,夏季最低,极差0.041m;在太湖近20a的水位变化中存在10~20个月、15~30个月以及40~60个月3类尺度的周期变化规律,且40~60个月时间尺度的周期变化最为强烈;以2015年4月份为分界点,在此之前水位呈显著下降趋势,此后水位呈上升趋势,并且在2003年3月与2004年12月水位发生显著突变;21世纪前10a太湖水位主要受控于气象因素,此后人为干预的影响逐渐加剧,使其与自然状态呈现出不一样的规律.     

黄淮海平原冬小麦种植的气候变化适应评估

水资源短缺影响黄淮海平原农业稳定和可持续发展。气候变化情景下,农业用水紧张的问题可能进一步加剧,种植制度和作物品种区域布局将面临调整。论文利用IPCC 5三种代表性温室气体浓度排放路径（RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5）的多模式集成数据,基于VIP（soil-Vegetation-atmosphere Interface Processes）生态水文模型,模拟了2011—2059年黄淮海平原二级子流域的水资源盈亏变化。在此基础上,针对水分亏缺最严重的子流域,设计无外来调水和维持2000—2010年调水总量水平的两种流域地下水采补均衡情景,对冬小麦种植区域的合理布局及其对产量的影响进行评估。结果表明,2050年代黄淮海平原农作物蒸散量增幅大于降雨量增幅,北部地区水分亏缺量将增加,南部地区水分盈余量则减少。在低到高的排放情景下,全区域水分盈余量下降0.1%~14.1%。两种地下水采补均衡情景下,2050年代黄淮海平原冬小麦种植面积应分别减少9.8%~11.3%和7.0%~8.8%,相应产量分别增加0~11.9%和3.0%~15.9%。适当减少冬小麦种植面积,可有效减缓黄淮海地区农业水资源的不足,保护生态环境,促进农业可持续发展。     

挡水物附近污染带的数值模拟研究

拟建崇海公路大桥位于长江口北支上段，东距北支入海口约70km，该河段河床宽浅，沙洲众多，河势多变，长江口潮型属浅海不规则半日潮，桥位附近青龙港平均涨潮历时3．06h，落潮历时9．19h；涨潮平均流速一般大于落潮平均流速。为了分析公路大桥建设对长江海门段流场和浓度场的影响程度和范围，并考虑到该水域水深较浅。低潮时大量露滩的特点，采用基于无结构网格的具有普遍适用性、守恒性、逆风性等优点的有限体积Osher格式建立二维水量、水质数学模型。在桥墩处理上，改变传统的用网格贴合挡水物的方法，直接将桥墩作为陆地边界生成无结构网络。由建桥前后的流速对比图可以发现靠近桥墩的水域流速减小，而墩间流速增大，这与实际情境十分吻合，说明将桥墩作为陆地边界的处理办法是可行的，对比建桥前后的污染带，发现建桥后桥位下游污染带有所减小，但不明显，这与建桥后流场的变化有很大关系。建桥后桥墩起一定阻水作用，涨落潮时桥位下游流速均存在 减小的趋势，而且岸边正好位于桥墩的密集区域，流速减小更为明显，这一区域流速值的减小范围在0.28m/s以内。由于对时间项的离散采用显格式，受计算稳定性的限制，时间步长必须取得很小，从而需要消耗大量计算时间，这是今后模型值得改进的地方。     

鄱阳湖枯水期沉积物磷释放特征及对水位变化响应

通过研究鄱阳湖枯水期不同高程沉积物磷释放热力学和动力学特征,试图建立沉积物磷释放与水位间响应关系,进一步揭示由于江湖关系变化导致的水位下降对鄱阳湖沉积物磷释放风险影响.结果表明:(1)鄱阳湖沉积物高程越高,即出露时间越长,中部和"五河"尾闾区沉积物EC0、DTP、DOP和SRP最大释放量及初始释放速率(0~5 min释放速率)越大,而北部湖区因采砂活动等影响,变化不明显.(2)鄱阳湖水位的持续下降引起的沉积物出露时间延长和出露面积增加,导致全湖沉积物DTP、DOP和SRP最大释放量分别增加了91、81和34 t,虽然该增加量对全湖磷负荷贡献较小(占外源P输入负荷的4.1%、3.7%和1.5%),但"五河"尾闾区沉积物磷释放增加强度为全湖平均值的3倍,意味着随江湖关系的持续变化,来年丰水期鄱阳湖沉积物磷将会集中释放,尤其是"五河"尾闾区等重点敏感区域,其沉积物磷释放量的增加将进一步加大鄱阳湖局部湖区水质下降风险.     

基于MIKE 11模型的引江济淮工程涡河段动态水环境容量研究

为探索分析水体环境容量的动态特性,论文以引江济淮工程涡河段为例,首次提出MIKE 11模型结合稀释流量比m值法计算河流水环境容量。计算结果表明:1)基于MIKE 11模型的m值法计算环境容量来分析河流水体环境容量的动态特性是可行的,它综合了环境管理中的总量控制和质量控制思想。2)通过对参数的合理取值,可建立客观反映模拟河段水动力、水质时空演变规律的模型;MIKE 11模型综合考虑河床糙度、纵向扩散系数、综合衰减系数、地表储水层最大含水量、土壤或根区储水层最大含水量等因素,水深的绝对误差(Re)、确定性系数(R2)和Nash-Suttcliffe系数Ens分别为3.30%、0.990和0.984;流量的Re、R2和Ens分别为9.8%、0.969和0.997;义门大桥断面COD模拟误差为13.7%,氨氮模拟误差为14.7%。3)基于MIKE 11模型的m值法计算谯城区COD的月均环境容量为-220.48 g/s、氨氮的月均环境容量为-10.97 g/s;涡阳县COD的月均环境容量为-17.05 g/s、氨氮的月均环境容量为2.56 g/s;蒙城县COD的月均环境容量为30.58 g/s、氨氮的月均环境容量为4.47 g/s;怀远县COD的月均环境容量为176.59 g/s、氨氮的月均环境容量为10.67 g/s;与传统的一维模型计算值相比,计算精度更高。结论认为,此方法可为MIKE 11模型的应用拓宽新思路,为引江济淮工程中河流水体的动态水环境容量计算提供依据,为污染物在横断面均匀混合的非感潮河流水体的环境容量计算和流域水污染治理提供一种新的技术方法。