基于COHERENS模型的污染物质输运数值模拟

以COHERENS模型为基础,建立了长江下游感潮河段三维水流及污染物质输运数学模型,该模型通过σ坐标变换,使整个水域垂直方向可采用相同的分层。基于模态分裂法,将三维流动分成表面重力波(外模式)和内重力波(内模式);模型求解技术上采用算子分裂法,使用了superbee限制器TVD格式,减小非物理的数值虚拟震荡。选取长江常熟段为例,模型较好的模拟了感潮河段三维流场及污染带分布特征。该成果对感潮地区污染物输运规律及水污染控制具有指导意义。     

大辽河感潮河段水体交换的数值研究

基于FVCOM建立大辽河感潮河段的水动力-扩散数值模型,采用保守物质输运扩散法研究大辽河感潮河段在潮和径流作用下的水体交换特征。结果表明:径流是影响大辽河感潮河段水交换的主要因素,径流为114 m3/s条件下,半交换时间为226 h,587 h后达到90%的交换状态,且径流加倍,对应交换时间近似线性递减;子区域水交换差异由潮和径流的相互作用决定,径流越大,靠向上游河段水体交换得越快,径流减小时近河口区段水体交换变快,而中游河段交换变慢。     

城市感潮河流溶解氧收支及调控的模拟研究

城市感潮河段受径流、潮汐动力及流域排污等多重影响,易引发河道缺氧现象.通过建立潭江(开平段)二维水动力水质模型,并采用拉格朗日粒子示踪、情景分析等手段,研究水流输运、生化反应过程对溶解氧的影响,进而探索提升关键断面溶解氧浓度的调控策略.结果表明：(1)潭江干流上游水团输送比支流镇海水更快,且同等增量下,潭江干流流量变化对下游影响更大;但对潭江干流开平市区下游新美断面污染贡献中,镇海水对其总磷(TP)污染贡献较大,而新昌水对其总氮(TN)污染贡献较大;(2)新美断面、镇海水的娄冈断面及新昌水的公义断面均为耗氧断面;水体有机物耗氧是本区域溶解氧消耗的主要过程,占总消耗的64.4%,其次为底泥耗氧,占总消耗的32.5%;水体中氧气的主要来源为浮游植物的光合作用,占比约64.6%;(3)增加上游流量、下移城区排口位置或削减上游临近城区污染源均可提高下游溶解氧浓度;与镇海水相比,提高潭江干流流量的效果更为明显;下移城区排口位置虽有效果但可操作性较弱.     

感潮河网水环境容量数值计算

对感潮河网水环境容量和污染物允许排放量的概念进行了分析，考虑了感潮河网水环境容量的时空动态变化及其影响因素，提出了基于感潮河网水质模型的水环境容量数值计算方法。该方法不公反映了感潮河网地区水流运动复杂、流态不稳定、流向多变的特点，而且反映了感８潮河网水环境容量受边界水质变化、河段水质目标不一致、水利工程运行等多种因素影响下的时空变化规律，该方法经过实例计算验证，效果良好。     

闸控感潮河网水环境容量计算研究

受潮汐影响的闸控河网的水环境容量计算是水环境控制的重要内容。针对闸控感潮河网的水流特点,介绍了基于动态水质模型的水环境容量的数值计算方法。其方法综合考虑了感潮河网地区水流运动复杂、易受水利工程设施运行影响的特点,并成功地应用到动态水环境容量计算。     

钱塘江感潮河段污染物迁移扩散数值分析

感潮河流由于受到潮汐的作用,污染物会因潮汐的涨落作用沿河道往复运动,影响用水安全.以高锰酸盐指数作为主要水环境指标,分析了钱塘江感潮河段上游富阳水文站监测到的持续高锰酸盐污染物输入情况下对下游河段的影响,旨在得到不同水期情况下之江站污染物出现的时间,作为取水安全预警指标参考.同时,基于潮流连续性方程、动量方程和污染物扩散方程,模拟计算了9种流况下污染物的迁移扩散过程.结果显示,径流处于平水月份时,之江站最早受到上游污染物影响,其次是枯季,最后是洪季,说明径流作用有利于污染物向下游迁移扩散.在大潮作用下,之江站一般最晚受到上游污染物影响,中潮次之,最早受到影响的是在小潮情况下.说明在感潮河段,由于受到下游潮流的影响,对污染物往下迁移有一个阻滞作用,且潮流越强阻滞作用越明显.本文构建的潮流水质模型可作为污染物在感潮河段迁移扩散机理研究的模型基础,对于制定降低污染物迁移扩散对地表水环境质量影响措施具有现实意义.     

新标准对感潮河段水质评价的影响

感潮河段接纳大量有机物质后，会滞留较长时间，有机物质在其降解过程中，会造成水中溶解氧浓度下降，氨氮浓度和亚硝酸盐氮浓度上升。章对2001年珠江广州河段水质评价为例，阐述了GHZB1－1999标准增加氨氮指标对感潮河段水质评价产生的影响。     

低潮位降雨及其径流对淤泥质潮间带颗粒物输运的影响研究综述

低潮降雨及其径流能够扰动淤泥质潮间带表层沉积物并夹带极大量颗粒物输入潮间带水体,这一过程被视为潮间带物质循环的“热点”,近年来备受关注。本文综合1978年至2018年针对降雨及其径流扰动和输运淤泥质潮间带物质的文章,阐释降雨在淤泥质潮间带物质输运过程中的作用及其导致的生态效应。这些研究发现降雨之所以能扰动和夹带沉积物首先是因为低潮期的雨滴冲击可以破坏并排出黏性沉积物,而后续形成的径流则向下坡方向转移被扰动的沉积物;其次,低潮降雨通常导致淤泥质潮间带径流中悬浮颗粒物浓度增大两倍以上,最高甚至增大到100倍,而潮汐和浅水波扰动则不能产生类似的效应;再次,附着在颗粒物上的有机质和金属等物质成分会出现与颗粒物浓度相一致的响应过程;最后,被降雨扰动的颗粒物在潮汐的输送下可能通过潮沟-潮下带系统从潮间带净输出至近岸水体。总而言之,在全球变化大背景下极端降雨事件趋于增加,因此降雨及其径流对淤泥质潮间带物质循环的影响应更加引起人们的关注。     

大辽河感潮河段及近岸河口氮、磷的分布及潜在性富营养化

根据2013年8月和11月大辽河感潮河段及近岸河口区水质的实测数据,对水体中不同形态氮、磷含量的季节和空间分布特征进行了研究,并对水体潜在性富营养化程度进行了评价.结果表明,2013年丰水期和枯水期,从大辽河感潮河段至近岸河口区,硝酸盐是水体无机氮存在的主要形态,其约占总无机氮的55%;颗粒态磷(TPP-P)是水体磷营养盐的主要存在形式,其含量占水体磷营养盐的50%以上.空间上,从大辽河感潮河段至近岸河口区,水体的氮、磷形态的浓度表现为逐渐降低的趋势,相关性分析结果显示,水体大多数氮、磷形态与盐度呈显著的负相关关系,说明海水物理稀释相比其它环境因子对水体氮、磷形态空间分布起着主要作用;季节上,大辽河感潮河段及近岸河口区水体氮、磷含量表现为"枯水期丰水期",这主要与感潮河段季节性陆源输入情况不同有关.大辽河感潮河段及近岸河口区水体DIN-N浓度均大于0.30 mg·L~(-1),N/P大于60,均表现为磷限制潜在富营养化水平.     

贵州高原红枫湖水体理化特征与碳氮硅的时空分布研究

通过分析贵州红枫湖不同水文期水体理化特征与碳氮硅含量的时空分布,以期揭示西南山区深水性湖库水环境质量的周期性变化规律。结果表明,在平水期和枯水期,红枫湖水温、pH值、溶解氧、叶绿素a含量等水体上下层变幅较小,丰水期水深6 m左右有明显的分层现象,以溶解氧最为典型,分层期底层水中溶解氧降至1.0 mg/L以下。受外源有机物大量输入和湖内藻类生长的双重影响,丰水期湖泊中DOC含量较平水期和枯水期高。NO_3~--N和DON分别占TDN的23.3%~89.4%、7.4%~26.7%。夏季湖水底层滞水带缺氧条件有利于NH_4~+-N和NO_2~--N的生成,并导致溶解态硅的含量增高。相关性分析表明,贵州高原深水性湖库的季节性水质恶化事件与夏秋季节水体分层结构失稳密切相关。     

珠江口伶仃洋及磨刀门盐淡水混合特征及机制分析

基于2016年1月3日至18日的珠江口盐度分层观测资料,对比分析伶仃洋与磨刀门盐淡水混合特征及其机制,结果表明:（1）伶仃洋及磨刀门水域口门处盐度分层最明显,小潮阶段分层特征最显著;（2）磨刀门分层较伶仃洋更为显著,主要原因在于上游流量的差异;（3）大潮转小潮过程中,伶仃洋上游盐度虽向口门下落,但下落速度较慢,分层逐渐明显,而磨刀门水道中盐淡水却混合充分,这是由于盐度在河道中剧烈震荡并快速退出河口所致;（4）在伶仃洋及磨刀门口门附近,重力环流与潮汐剪切产生的抑制混合作用大于潮流紊动促进混合的作用,因此分层显著,河口上游水深较浅,潮流紊动作用较强,起到促进混合的作用。     

面向流域水环境改善的潮汐河道闸门调度优化研究：以相互独立的圩内河网为例

以我国南方某5个相互独立的圩内河网为研究对象,针对感潮河段的特征建立水动力水质耦合模型,比较不同闸门调度策略下的水质改善效果。结果表明：1)圩内河网应在大潮期进行换水,相对小潮期换水最多可缩短7 h的水力停留时间。以示踪剂工况结果为依据,针对进出水闸门距离较短河网,采用单向流调度策略启闭闸门,相对往复流最多可缩短14.18 h的水力停留时间;针对进出水闸门距离较长的河网,采用开启双侧闸门进水从中心排河排水的往复流闸门启闭策略,相对单向流调度策略最多可缩短3.18 h的水力停留时间。2)水质结果表明,应先利用水系连通方式打通断头河,并采用前述的闸门调度策略,最终本片区河网平均水质达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类水的断面比例增长了7.3%。研究结果为基于水动力水质改善不同地理特征圩内潮汐河网的闸门调度提供了参考。     

基于三维水动力水质数值模型的象山港排污策略研究

本文以象山港（半封闭港湾）为研究对象,采用Delft 3D软件建立三维水动力数值模型,对其潮位、潮流、温度、盐度的时空变化进行验证分析,计算结果与实测结果基本吻合,表明该模型能够较好地模拟象山港海域的水动力特征。为进一步研究象山港内污染物的迁移转化过程,在上述水动力模型的基础上构建三维水质模型,水质模拟结果与实测数据吻合良好,可以反映水质的变化趋势。利用验证后的水质模型,针对排污口的落潮排放、排放量减少和排污口整合3种排污策略进行模拟计算,分析排污口对象山港水质变量的影响程度。模拟结果表明,象山港水质环境受排污口影响明显,3种排污策略均可以直接降低港内DIN浓度,但不同的工况表现出不同的影响特征。     

闸控河段水质多相转化模型

针对闸控河段水质转化机理复杂的特点,提出在"水体-悬浮物-底泥-生物体"界面内开展水质多相转化研究的总体思路,推导了描述各种相态水质之间传质过程的数学表达式,构建了具有一定物理机制的闸控河段水质多相转化模型.结合槐店闸调度影响实验数据,对水质多相转化模型进行了参数识别和验证,进而模拟了不同相态水质成分的时空变化过程.结果发现:来水流量和闸门调度方式使闸上和闸下断面各相水质浓度发生变化,同时影响到藻类的生长和富集状态;闸门调度会改变闸上、闸下河段的水质主导反应机制;由于闸门调度增加了对水体的扰动,水体与外界的物质交换效果增强;在实验前期蓝藻数量的变化主要受水流的迁移作用影响,在后期闸上断面主要受闸门阻隔的影响,闸下断面主要受流速、流量和营养物质浓度改变等作用综合影响.     

Spatiotemporal optical properties of dissolved organic matter in a sluice-controlled coastal plain river with both salinity and trophic gradients

Due to the combined effect of sluices and sea tide, the sluice-controlled coastal plain river would be characterized by both trophic state and salinity gradients, affecting the spatiotemporal optical properties of dissolved organic matter (DOM). In this study, we investigated the spatiotemporal variation of water quality parameters and optical properties of DOM in the Haihe River, a representative sluice-controlled coastal plain river in Tianjin, China. A significant salinity gradient and four trophic states were observed in the water body of the Haihe River. Two humic- and one protein-like substances were identified from the DOM by the three-dimensional fluorescence spectra combined with the parallel factor (PARAFAC) analysis. Pearson's correlation analysis and redundancy analysis (RDA) showed that the salinity significantly affected the abundance of chromophoric DOM (CDOM) but did not cause significant changes in the fluorescence optical characteristics. In addition, the effect of Trophic state index (TSI) on the CDOM abundance was greater than that on the fluorescence intensity of fluorescent dissolved organic matter (FDOM). In the water body with both salinity and trophic state gradients, TSI posed a greater influence than salinity on the CDOM abundance. Our results fill the research gap in spatiotemporal DOM characteristics and water quality variation in water bodies with both salinity and trophic state gradients. These results are beneficial for clarifying the joint influence of saline intrusion and sluices on the DOM characteristics and water quality in sluice-controlled coastal plain rivers.     

闸坝调度对污染河流水环境影响综合实验研究

为了研究闸坝各种调度方式下河流污染物的时空变化规律,探索了闸坝调度对污染河流水环境的作用机理,在槐店闸前期研究和实验的基础上,设计了不同闸坝调度方式对污染河流水环境影响的综合实验方案,并开展了现场实验,研究了槐店闸浅孔闸在现状调度、闸门不同开度和闸门全部关闭3种调度方式下的水体、悬浮物及底泥污染物变化规律.结果表明:闸坝调度会对河流水质产生一定的影响,其影响过程呈现出复杂的非线性关系;闸坝调度也会对水体、悬浮物和底泥中的污染物产生不同程度的影响,并促使污染物在不同介质中进行转化;流量和水深等因素会对底泥和悬浮物中污染物的释放产生影响.研究工作为构建闸坝作用下河流水环境模型、研究闸坝作用规律、实施闸坝科学调度奠定了实验基础.     

Effect of a seasonal di use pollution migration on natural organic matter behavior in a stratified dam reservoir

This article aims to describe the influence of di use pollution on the temporal and spatial characteristics of natural organic matter (NOM) in a stratified dam reservoir, the Daecheong Dam, on the basis of intensive observation results and the dynamic water quality simulation using CE-QUAL-W2. Turbidity is regarded as a comprehensive representation of allochothonous organic matter from di use sources in storm season because the turbidity concentration showed reasonable significance in a statistical correlation with the UV absorbance at 254 nm and total phosphorus. CE-QUAL-W2 simulation results showed good consistency with the observed data in terms of dissolved organic matter (DOM) including refractory dissolved organic carbon (RDOC) and labile DOC and also well explained the internal movement of constituents and stratification phenomenon in the reservoir. Instead turbidity and NOM were related well in the upper region of the reservoir according to flow distance, gradually as changing to dissolved form of organic matter, RDOM a ected organic matter concentration of reservoir water quality compared to turbidity. To control the increase of soluble organic matters in the dam reservoir, appropriate dam water discharge gate operation provided e ective measurement. Because of the gate operation let avoid the accumulation of organic matter within a dam reservoir by shorten of turbid regime retention time.     

Effect of a seasonal diffuse pollution migration on natural organic matter behavior in a stratified dam reservoir

This article aims to describe the influence of diffuse pollution on the temporal and spatial characteristics of natural organic matter (NOM) in a stratified dam reservoir, the Daecheong Dam, on the basis of intensive observation results and the dynamic water quality simulation using CE-QUAL-W2. Turbidity is regarded as a comprehensive representation of allochothonous organic matter from diffuse sources in storm season because the turbidity concentration showed reasonable significance in a statistical correlation with the UV absorbance at 254 nm and total phosphorus. CE-QUAL-W2 simulation results showed good consistency with the observed data in terms of dissolved organic matter (DOM) including refractory dissolved organic carbon (RDOC) and labile DOC and also well explained the internal movement of constituents and stratification phenomenon in the reservoir. Instead turbidity and NOM were related well in the upper region of the reservoir according to flow distance, gradually as changing to dissolved form of organic matter, RDOM affected organic matter concentration of reservoir water quality compared to turbidity. To control the increase of soluble organic matters in the dam reservoir, appropriate dam water discharge gate operation provided effective measurement. Because of the gate operation let avoid the accumulation of organic matter within a dam reservoir by shorten of turbid regime retention time.     

滨海带感潮河流上朔规律及地下水面波动特征研究

本研究以太平洋附近具有典型海岸地形地貌的3.2km2的区域为调查研究对象。首先,通过调查设置在河流上的5处调查点的河流水位及河水铅直方向电导率,掌握了感潮河流海水上朔的规律。其次,通过调查设置在区域内的26口调查井在满潮和干潮时的地下水位,推断出了潮汐的涨落及感潮河流和地下水流动方向的关系。此外,对与海岸垂直的断面和平行的断面上的10口调查井的调查结果显示,同一位置、不同季节其地下水面波动的特点不同;不同的调查井,因所处位置的不同及与海岸、感潮河流距离的不同,其地下水面波动的振幅及其与潮汐波动的位相差也不同。