风浪扰动对太湖梅梁湾水体总磷变化的驱动模式研究

风浪扰动下的底泥再悬浮是浅水湖泊水体底泥内源性磷向水体释放的关键驱动因子。水体总磷(TP)受底泥内源磷释放过程影响频繁波动。基于风浪扰动强度与底泥悬浮物(SS)浓度定量关系模型,采用太湖原位未扰动柱状底泥开展水体底泥再悬浮过程模拟研究,分别模拟在小风(搅拌强度100～125 r/min)、大风(搅拌强度200～220 r/min)模式下底泥内源释放过程,探究风浪扰动对太湖梅梁湾水域TP浓度波动的贡献。结果表明,风浪扰动显著增加(P<0.01)了水体SS,小风与大风下水体SS均值分别增加了80.9%与360.8%,但随着扰动周期的延长,风浪扰动的效果会削弱。不同风浪扰动强度下水体TP均呈先上升后下降趋势。小风下水体TP为0.08～0.20 mg/L;大风下水体TP为0.09～0.34 mg/L。与对照组相比,小风组水体TP浓度呈现显著下降的趋势(P<0.05),而大风组水体TP浓度则表现为显著上升的趋势(P<0.01)。此外,大风持续扰动增加了水体TP浓度,但效果不显著(P>0.05)。风浪扰动致使0～3 cm底泥内的TP含量有所提高,底泥表面氧化还原条件的改变是...     

风浪作用下太湖草型湖区水体N、P 动态负荷模拟

沉积物再悬浮;Y 型装置;沉降;营养盐;水生植物;太湖     

消浪工程对太湖底泥再悬浮及营养盐释放的影响

为了解863消浪工程对太湖底泥再悬浮及营养盐释放的抑制作用,于2005年7月15～17日在工程区投放悬浮物捕获器测定沉积物的再悬浮通量,并分层采集水样进行水体营养盐浓度的垂向分布研究。16日平均风速3 m/s时,测得的再悬浮通量上层最大值为7.22 g/d·m2,下层最大值为41.8 g/d·m2;17日平均风速5 m/s时,测得的再悬浮通量上层最小值24.7 g/d·m2,下层最小值为48.4 g/d·m2,沉积物再悬浮通量与风浪扰动强度关系密切。对比消浪工程区内外沉积物的再悬浮通量表明,消浪工程能够显著减弱风浪对底泥的扰动,抑制沉积物再悬浮,减轻营养盐的内源释放通量。实验结果还表明,太湖水体悬浮物浓度越高,悬浮物的有机质含量就越低,相应地,单位悬浮物中磷的含量也越低。随着风浪扰动的持续和增强,尽管能够将更多的沉积物间隙水中的溶解性磷带入水体,但是,野外观测中发现水体溶解性的磷含量并未相应增高甚至降低,这可能是由于水体中悬浮物浓度越高,对水体溶解性磷的吸附能力也越高,从而使得水中溶解性磷的含量增高不显著甚至降低。     

风浪作用下的底泥悬浮沉降及内源释放量研究

分别于春夏秋冬4个季节对太湖梅梁湾水体开展了5次野外实验,利用沉积物捕获器收集沉积物,采用Gansith公式法计算了沉积物的再悬浮通量,并建立了其与风速的关系;对代表不同风浪作用下的太湖悬浮物进行了7次静沉降实验,计算了悬浮物的静沉降通量,并建立了其与悬浮物浓度关系.以3.7 m/s为界对低泥悬浮沉降过程进行分解和概化,计算了2005年每日的悬浮沉降量,并利用近10年的风速资料估算了太湖年均内源释放量,结果表明,太湖每日的内源释放量受风速影响显著,和风速变化趋势较为接近,然而不同营养盐的释放状况却各不相同.太湖内源年均进人水体的净底泥量有19.03万t,冬季最大.夏季次之;就营养物质释放量而言,COD约4.96万t、总氮约7 773.0 t、总磷约275.5 t.其中秋季营养物质释放量最小,夏季最大.     

风浪扰动条件下沉水植物对水流结构及底泥再悬浮的影响

太湖底泥在风浪条件下的再悬浮及其与上覆水体之间污染物的释放扩散特性研究越来越受到国内外学者的重视,但水生植物的影响机制还有待深入研究。在鼓风式环形水槽种植天然沉水植物苦草,利用三维声学多普勒流速仪ADV研究水流特性,用悬浮颗粒物SPM质量浓度表征底泥再悬浮量,分析不同风速条件下沉水植物水流结构的变化及对底泥再悬浮的抑制作用。结果表明,在大风(8.78m/s)、中风(5.95 m/s)、小风(3.21 m/s)扰动作用下,对照组水槽中水流结构均服从指数分布,且距离水体表层10 cm以内区域流速受风速的影响最明显,垂向变化梯度最大,随水深增加,变化梯度逐渐减小。试验组有沉水植物的水槽水流流速均小于对照组流速,水流结构明显改变,植物有效高度内流速变化缓慢,大、中、小风情况下分别稳定在0.7 cm/s、1.5 cm/s、2.1 cm/s左右;植物层以上区域流速变化梯度则较大,特别是在中风情况下,从1.7 cm/s增加到9.35 cm/s,增加了4.5倍。同时,沉水植物对底泥再悬浮有显著抑制作用,上覆水悬浮物质量浓度降低了90%以上,并最终保持在6.3~13.3 mg/L的低质量浓度状态。     

洱海沉水植物残体风浪输移量及其时空分布

为研究洱海沉水植物残体风浪输移特征,掌握由此而引起的N、P变动情况,通过为期1a的野外定点调查,研究了风浪对洱海湖滨带沉水植物作用引起的植物残体向滨岸的输移特征,估算了沉水植物残体带出的N、P质量. 结果表明:①洱海湖滨带有残体输出的沉水植物总计10种,分别为菹草(Potamogeton crispus)、黑藻(Hydrilla verticillata)、轮藻(Eichhornia crassipes)、穿叶眼子菜(P. perfoliatus)、扭叶眼子菜(P. intortifolius)、穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、马来眼子菜(P. malaianus)、苦草(Vallisneria natans)及微齿眼子菜(P. maackianus);②沉水植物残体风浪输移量存在明显的时序变化,在4次采样中,2009年12月(冬季)风浪输移量最高;③微齿眼子菜和苦草的风浪输移量最大,植物残体风浪输移量主要受沉水植物的分布和生物量的影响;④单位岸线沉水植物残体风浪输移总量在空间上表现为西部(1.91t/km)>北部(1.73t/km)>南部(1.61t/km)>东部(0.86t/km);⑤洱海湖滨带沉水植物残体风浪输移总量约为2.27×103t/a(以鲜质量计),由此可输出的TN为5.64t,TP为0.85t.      

风浪扰动对太湖水体中胶体态痕量金属含量的影响

2005年8月15日～9月2日,观测了不同风浪条件下太湖水体中胶体态(1kD～1μm)Fe、Mn、Cu、Zn、Pb和Cd等痕量金属的含量以及悬浮物(SS)、浮游生物和胶体有机碳(COC)等背景指标的含量变化.结果表明,风浪的扰动作用对太湖水体上述各项指标均有直接或间接的影响,是太湖水环境条件变化的重要驱动力.胶体态痕量金属的含量主要受COC含量、痕量金属总量等因素的影响,但归根结底均受制于风浪的扰动作用.胶体态Mn、Cu和Pb的含量与风浪扰动强度呈正相关;胶体态Zn含量和扰动强度呈负相关;而胶体态Fe含量主要取决于COC和总Fe含量,和风浪扰动强度无明显关系;胶体态Cd含量与COC含量、总Cd含量乃至风浪扰动强度均无明显关系.     

风浪扰动中太湖OA对水体磷循环影响的原位实验研究

在一次风速12 m.s-1的强风浪过程中,对太湖梅梁湾一浅水区水体有机聚集体（organic aggregates,OA）丰度、颗粒态有机质含量、碳、氮和磷含量等基本理化性质的变化情况进行了连续的原位监测和分析,同时分析了基本的水质指标.结果表明,风浪过程会对水体OA的理化性质及水体的磷循环产生极大的影响：在风浪过程中...     

风浪流共同作用下海上风电基础与海床的动力响应分析

我国近海风资源丰富,但由于海洋环境条件的复杂性,开发利用近海风资源的规模和效益受到很大的制约;而风、波浪和海流等作为近海主要环境荷载对近海风机的正常运行起到决定性作用。采用谐波叠加法模拟得到近海风电场的风荷载时程,利用Morison方程和非线性波浪理论推导了波浪荷载和波流荷载的计算公式,最后根据Turkstra准则将风浪流荷载进行叠加组合,建立风浪流荷载共同作用下海上风电基础与海床动力相互作用的三维有限元计算模型。基于此模型,针对不同荷载组合条件下风机塔筒的水平位移、竖向应力以及基础的水平位移、桩身弯矩、桩身剪力等进行了动力分析,同时对风浪流荷载共同作用下桩基础周围海床的超孔隙水压力响应进行了计算分析,讨论了不同的荷载参数对海床超孔隙水压力的影响。结果表明:风荷载对风机塔筒顶端水平位移、塔底应力影响较大,波流荷载对风机基础顶端水平位移、桩身弯矩、桩身剪力影响较大,而波浪荷载则对海床孔隙水压力影响较大。可取最大风荷载和最大波流荷载叠加波浪荷载时程的组合为最不利组合方式。     

黄、渤海恶劣天气影响船舶安全的风险预估技术初探

在黄渤海船舶类型调查和事故调查的基础上,将船舶航行作为由人-船-环境组成的多因素复杂系统,将气象海况条件作为操船环境因素之一,依据风险决策ALARP准则,调查得到黄海、渤海海区大风浪条件下5 000 t以下货船和客滚轮的不同风险等级标准,具有一定的可操作性。依托精细化的数值预报产品,建立气象保障支持系统,并加工不同船舶的风险预估产品。对实际出现的海难事故进行风险预估,证明了方法的可用性。还需要研究更多船型的风险预估方法和黄海、渤海海区航行船舶的风险区划;已有方法也有待深化。