特殊地质条件下流动相原油在沿海土-水系统中的运移过程及机制研究

原油作为主要能源之一对现代社会的重要作用不言而喻,但其所带来的污染危害同样不容忽视.通过自制的有机玻璃水槽,建立模型模拟自然地层的非均质性,模拟了原油在沿海土-水系统中的运移过程,探讨了局部非渗透性透镜体、底部隔水层、土壤初始含水率、土壤质地、岩性突变界面对原油在砂土中运移速度和路径的影响.结果表明,局部非渗透性透镜体和底部隔水层对原油的运移具有阻碍作用,会改变其运动速度和路径.在一定范围内,土壤初始含水率越高,原油的侧向运移速率和垂向运移速率越大(模拟成层性土层中原油垂向运移速率随含水率增大,由0.43 cm·min~(-1)增大到1.00 cm·min~(-1),在低含水率区域原油侧向运移速率分别为0.08 cm·min~(-1)(粗-细界面)和0.10 cm·min~(-1)(细-粗界面),而在含水率较高的区域则为0.14 cm·min~(-1)),而过高的含水率又会阻碍原油的运移.土壤孔隙越大,垂向运移越快,侧向运移越慢,反之,垂向运移越慢,侧向运移越快(模拟成层性土层中,原油在粗砂中的垂向平均运移速率为0.54 cm·min~(-1),而在细砂中仅为0.33 cm·min~(-1),自然泄漏时原油在粗砂中的最大扩散范围为9.10 cm,在细砂中为12.50 cm).原油在土壤中运移遇到岩性突变界面时,会产生聚集效应,在聚集处产生侧向运移,试验中在粗-细界面扩散宽度为6.70 cm,在细-粗界面扩散宽度为29.00 cm.     

地下水位波动及降水对原油在非均质土层中重分布的影响

为研究原油泄漏后在非均质土层中的重分布过程及影响因素,建立3种不同组合的非均质土层物理模型（编号分别为L-a、L-b、L-c）进行原油泄漏后重分布过程的室内模拟,分别代表局部非渗透性透镜体（浅层泄漏）、大面积弱渗透性粉质亚黏土（内部泄漏）和土层界面（浅层泄漏）存在条件.待原油重力渗透稳定后分别进行升降水位和降水的模拟试验,由PET聚酯膜绘制、CCD相机拍摄和基于CMYK的灰度分析等图像采集和分析法获得平面运移分布图、纵剖面灰度变化图,采用风干法和紫外分光光度法获得采样点含水率和含油率对比图,分析原油泄漏后在非均质土层中的运移规律.结果表明:①在水位波动下,局部非渗透性透镜体和大面积粉质亚黏土弱透水层可有效截获原油,使原油在其左右及上侧大量聚集;3组试验中原油的重分布过程以垂向运移为主,但在粗-细界面和细-粗界面会因油水驱替和毛细压力导致其部分横向运移.②模拟降水时,受到淋滤和水位波动的综合效应,原油油聚区不能在短时间内随水位线移动,体现其滞后性;在模拟降水结束后油聚区大量分布于水位线位置和细-粗界面处;降水对土壤中的原油具一定稀释作用.③L-a和L-c组表层泄漏的原油分布面积（分别为800、538 cm2）较大,采样点含油率极差（分别为6.23%、6.80%）较大;而L-b组内部泄漏的原油分布面积（235 cm2）较小,采样点含油率极差（2.99%）较小.研究显示,地下水位波动及降水对非均质土层中原油的周期性聚集和释放有一定影响,尤其是局部非渗透性透镜体、大面积弱渗透性粉质亚黏土及岩性界面存在土层中影响更大.      

黄海桑沟湾水体及沉积物中微塑料污染特征研究

近年来,有关海洋环境中微塑料污染的研究不断增多,但对高强度人类活动影响下的海湾水体和沉积物中微塑料的研究仍少见报道。为了研究人类养殖活动和水动力对海湾微塑料污染特征和空间分布的影响,本文于2017年12月调查了规模化养殖活动结束后桑沟湾水体及沉积物中的微塑料污染特征。结果表明,桑沟湾水体和沉积物中微塑料类型主要为纤维类、碎片类、薄膜类、发泡类和颗粒类;水体和沉积物中微塑料的丰度范围分别为1.8~31.2 N/L和31.2~1246.8 N/kg;微塑料的平均颗粒大小分别为0.51±0.2 mm和1.54±1.02 mm。从桑沟湾微塑料污染的空间分布特征来看,其丰度高值区主要出现在近岸海域,并且微塑料的丰度由湾内向外海递减的趋势。桑沟湾微塑料丰度和空间分布的异质性主要受海水养殖、生活和航运等人类活动排放和水动力的影响。未来需要进行更加精细化的取样分析,以充分认识海湾生态系统中微塑料污染的时空分布特征。     

聚乙烯醇-海藻酸钠-活性炭固定化菌球处理二氯甲烷的研究

本研究以聚乙烯醇-海藻酸钠-活性炭为复合载体、自行筛选的高效降解菌Methylobacterium rhodesianum H13为目标菌制备固定化小球,用于去除二氯甲烷,同时优化了固定化小球的制备条件.结果表明,当聚乙烯醇浓度为8%,海藻酸钠浓度为5%,CaCl₂浓度为2%,活性炭浓度为1%,包菌量为0.6 g,钙化时间为8 h时,复合固定化细胞对DCM的降解速率达到最高为18.2 mg·L^-1·h^-1,同时活性炭的添加对小球的机械强度也有显著提升.与游离细胞相比,固定化细胞具有更好的热稳定性与pH稳定性,并且固定化细胞的重复利用性较好,连续处理9批底物后,DCM降解速率仍保持在13.4 mg·L^-1·h^-1以上.吸附动力学与等温线拟合结果显示,在固定化载体中加入1%活性炭后,小球对DCM的吸附量明显提高,而且吸附能在更短的时间内达到平衡.吸附动力学符合准二级反应动力学方程,复合载体对DCM的吸附遵循Langmuir吸附模型（R²>0.99）.     

基于能值生态足迹的海岛可持续性评估——以舟山为例

基于能值理论,结合生态足迹方法,构建能值生态赤字/盈余、渔业足迹强度(D)、社会发展压力指数(I)和经济协调指数(Q)参数评价海岛可持续性,选取典型海岛城市浙江省舟山市作为案例研究。结果显示:2003—2017年舟山能值足迹、能值承载力均呈上升趋势;人均能值生态足迹共增加15.78 hm²,增幅为63.26%;人均能值承载力增加5.20×10² hm²,增幅为82.86%;其中,化石能源用地能值足迹增加最多,社会经济承载力增加最多,而自然承载力却有所下降。能值生态赤字/盈余和经济协调指数不能完全反映区域可持续性,区域渔业足迹强度的不断增加表明当前的渔业经济模式不满足可持续发展要求,社会发展压力指数增大也进一步表明舟山的发展状况偏离了可持续性的轨道。     

舟山青浜岛不同环境介质中PAHs的分布特征

于2013年7月在青浜岛上采集11个土壤样品、3个大气被动采样样品以及周边3个海水样品,分析了样品中16种多环芳烃(PAHs)的含量,并对其分布特征、来源、生态风险进行了讨论.结果表明,土壤、海水和大气中Σ16PAHs的含量范围分别为60.30~123.34 ng·g-1(平均值为105.49 ng·g-1)、45.96~101.08 ng·L-1(平均值为66.45 ng·L-1)和5.09~5.41ng·d-1(平均值为5.35 ng·d-1).分布特征为:潮汐带土壤中PAHs含量低于非潮汐带;3个海水样中,以靠近水文条件复杂的海域内样品中的PAHs含量最高;岛上大气中PAHs分布均匀.土壤、海水和大气中PAHs主要以2~4环的PAHs为主;通过比值法和因子分析得出,青浜岛土壤中的PAHs来源于煤、木炭等生物质燃烧以及柴油、汽油的燃烧,海水和大气中的PAHs来源于混合源.生态风险评价结果表明青浜岛土壤和周边海水中PAHs生态风险较低.     

舟山海域表层沉积物重金属分布、来源及潜在生态风险评价

以舟山海域表层沉积物为研究对象,测定了研究区33个采样站位中Zn、Cu、Cd、Pb、Hg、As、Cr等7种重金属的含量,并分析评价了其污染分布、来源和潜在生态风险。结果表明:舟山海域表层沉积物各重金属含量差异较大,其分布总体呈西高东低、近岸海域高于远岸海域、局部存在高值区的特征。Zn、Cu、Pb、Hg、As、Cr主要受钱塘江、甬江沿岸工农业生产及入海排污口的影响;Cd可能受到海洋沉积环境对重金属在不同环境相转换机制的影响。Cd和Hg是研究区主要的潜在生态风险因子,高值区主要位于杭州湾口外、中街山列岛及长白岛-秀山岛等附近海域。     

舟山附近海域表层沉积物粒度及重金属研究

以舟山附近海域表层沉积物2016年8月的监测资料为基础,对沉积物粒度特征和重金属含量及其影响因素进行了研究,对重金属污染程度进行了评价,旨在为舟山附近海域沉积环境的研究提供地球化学资料。结果表明:舟山附近海域表层沉积物粒度组成均以粉砂和粘土为主;沉积物类型以粘土质粉砂和粉砂质粘土为主;各重金属元素平均含量顺序依次为Zn > Cr > Cu > Pb > Cd > Hg;空间分布波动程度顺序依次为Pb > Cu > Cd > Zn > Cr > Hg;Cu、Cd、Pb、Cr、Zn具有相似污染源;有机碳是控制表层沉积物中重金属含量分布的重要因素;重金属污染程度依次为Hg>Cd>Cu>Zn>Pb>Cr,趋向中度污染水平。     

舟山青浜岛水体及海产品中有机氯农药的分布和富集特征

在舟山青浜岛采集了14个生物样品及对应点位的3个海水样品,利用气相色谱(GC-ECD)测定六六六(HCHs)和滴滴涕(DDTs)的浓度,分析不同点位水体及水产品中有机氯农药的分布与富集特征.结果表明,舟山青浜岛HCHs和DDTs检出率高达100%.海产品中HCHs含量范围0.09~11.51 ng·g-1,平均值为2.02 ng·g-1,DDTs含量范围0.02~56.15 ng·g-1,平均值为12.36 ng·g-1;海水样品中HCHs含量范围0.07~0.20 ng·L-1,平均值为0.13 ng·L-1,DDTs含量范围0.23~0.41ng·L-1,平均值为0.34 ng·L-1.整体而言,研究区样品中DDTs残留高于HCHs残留.与国内外其他研究区域相比,青浜岛水生物中有机氯农药残留处于较低水平.对照相应标准可以看出,所有样品均未超过国家相应标准(食品安全国家标准GB2763-2012、海水水质标准GB 3097-1997).通过比值法来源分析得知,青浜岛海域HCHs和DDTs主要为外源输入.OCPs的空间分布特征分析显示,海洋上升流及其锋面的变化是影响OCPs分布的主要因素.水体中OCPs分布与青浜岛的特殊地形有关,且人类活动对当地环境的影响是水体OCPs的贡献方式之一.健康风险评价表明,该区域居民通过食用海产品OCPs平均日摄入量远低于FAO/WHO限定的每日可摄入量(ADI),说明该地区居民食用海产品对人体健康影响较小.     

非均质含水土层中石油运移的电阻率监测

通过自制三维有机玻璃水槽建立非均质土层,设立浅层和内部两个泄漏点,模拟流动相原油在含水土层中的运移及水位波动条件下的重分布过程,并利用自制高密度电极排及电法仪揭示相应的电阻率响应特征.结果表明：原油在土壤中运移受泄漏源位置、泄漏量及土层结构的影响.同一土层内部泄漏点横向扩散较垂向明显,浅层泄漏点为四周扩散,泄漏量越大污染范围越宽,土层渗透性越高污染深度越深.原油泄漏后存在高阻和低阻异常2种情况,土层结构简单且含油率较高时高阻异常明显;土层组分较复杂尤其是盐分和粘土矿物含量较高,或含水率和含油率较低时,易出现低阻异常.水位升高后土层整体电阻率降低,原油向污染区中心集中;水位下降后电阻率升高,原油向四周分散,水位波动使原油进一步弥散.受内部泄漏点影响,垂向深度上离泄漏点越近（0.08m）污染越重,除此之外泄漏点下部（0.15m）原油含量高于上部（0.04m）,显示内部泄漏点原油下移较上移明显.