蓄水期三峡水库香溪河沉积物-水系统营养盐分布特征

为研究蓄水期香溪河沉积物-水系统中氮磷营养盐的分布特征,于2016年在香溪河布点采样,分析沉积物-水系统氮、磷及有机质含量,探讨沉积物间隙水和上覆水营养盐"源-汇"特征,并对采样点位进行了聚类分析.结果表明,沉积物中ρ(TN)在河口处含量较高,在中下游区域较接近;ρ(TP)在上游区域明显高于中下游及河口;ρ(O.M.)呈现下游高上游低的分布特征,且各采样点在深度10cm的范围内,ρ(O.M.)的最大值超过了临界点(1.5%),存在一定的释放风险.上覆水的分布上,ρ(DTN)和ρ(DTP)均在干支流交汇处最大,且ρ(DTN)从河口至上游沿程递减,ρ(DTP)沿程变化不大,而间隙水中ρ(DTN)和ρ(DTP)的分布和上覆水体相反,在上游处最大,并从上游向河口处递减.研究期间5个采样点位的DTN、NH_4~+-N、DTP(除CJ点位外)均以"源"的方式向上覆水释放营养盐,而NO_3~--N和PO_4~(3-)-P则是一部分点位呈现为"源",一部分点位呈现为"汇",且氮素的"源-汇"过程较磷素更为强烈,这是因为蓄水期底部的氧化环境和干流水体的倒灌潜入深度和方式差异所致.结合聚类分析结果发现对于沉积物-水系统,CJ、1号、2号采样点特征相近,而3号和4号采样点特征相近.     

澜沧江流域水体悬浮颗粒物δ15 N空间差异及成因分析

梯级水电建设对澜沧江流域生源物质迁移转化及其生态环境的影响目前受到国内外学者的广泛关注,本文通过使用稳定同位素技术,分析了澜沧江流域悬浮颗粒物氮同位素的空间分布差异及其成因.结果表明,澜沧江上游自然河道水体溶解无机氮(DIN)质量浓度变化范围为0. 28～0. 60 mg·L~(-1),下游水库段DIN质量浓度显著增高,变化范围为0. 39～1. 15mg·L~(-1);上游自然河道段悬浮颗粒物δ~(15)N变化范围为4. 52‰～6. 72‰,下游水库段明显增重其变化范围为2. 3‰～11. 8‰.利用Isosource软件对悬浮颗粒物来源进行分析,结果表明澜沧江流域内工业及生活污水为悬浮物颗粒物氮素的主要贡献源,占比约为42. 43%;土壤有机质、大气沉降、农业化肥的贡献率分别为22. 38%、18. 16%和17. 03%;在该流域内上游自然河道段受工业及生活污水、土壤有机质以及大气沉降共同影响,下游水库段则主要受工业及生活污水的影响.同时小湾、漫湾、大朝山这3个库区内存在藻类吸收同化作用而使得悬浮颗粒物δ~(15)N变轻的现象.     

蓄水前后三峡库区香溪河沉积物磷形态分布特征及释放通量估算

三峡库区汛末蓄水过程改变了支流库湾沉积物赋存环境,继而影响沉积物磷形态的分布特征和沉积物-水界面过程.本文通过对2016年8月(蓄水前)和10月(蓄水后)香溪河库湾沉积物和上覆水样品的采集分析,分析了蓄水前后库区干流和支流库湾底部沉积物磷形态分布特征及赋存的环境条件,估算了沉积物-水界面PO3-4-P交换通量.结果表明:蓄水后沉积物上覆水pH增加,碱性增强;Eh减少,还原性增强.沉积物中各形态磷相对含量由Na OH-PHCl-POP转变为HCl-POPNa OH-P,沉积环境的改变是磷形态变化的根本原因.沉积物中TP增加了1.3倍,上覆水ρ(PO3-4-P)是蓄水前3.7倍,间隙水ρ(PO3-4-P)是蓄水前8.3倍,增加了香溪河库湾沉积物营养盐释放风险.蓄水前后香溪河沉积物PO3-4-P总体均表现为"源",但PO3-4-P扩散通量由蓄水前的-0.002 9~0.005 9 mg·(m~2·d)~(-1)增加为蓄水后的0.006 7~0.107 1 mg·(m~2·d)~(-1),蓄水后香溪河库湾底部沉积物磷释放量增加.     

基于水电梯级开发的河流生态健康研究

为进一步了解水电开发对河流健康的影响,本文以雅砻江下游水电梯级开发为例,构建河流健康评价指标体系,选择无人为干扰和干扰较小的河流为参照,以指标变化率衡量水电梯级开发前后河流受扰动程度,分别采用综合评价法和赋值评分法进行了定量评价。综合评价结果显示,雅砻江下游河段的综合健康指数为0.71,该研究区域在丰水期、平水期和枯水期的综合健康指数分别为0.74、0.70和0.69,均处于亚健康状态;赋值评分法结果显示建库前的河流健康指数(River health index,RHI)为19.1,等级为健康,建库后为14.3,等级为亚健康,两种方法评价结果基本一致。本文以期完善河流健康评价体系,并为生态修复提供依据。     

千岛湖溶解氧与浮游植物垂向分层特征及其影响因素

根据2015年9月对千岛湖坝前湖泊区5个监测点的监测数据,分析了千岛湖溶解氧、水温、pH、浊度、电导率和浮游植物等指标垂向分布特征,并讨论了水体中溶解氧特殊分层与浮游植物垂向分布的影响因素.结果表明:(1)溶解氧垂向分布呈现"表层高,底层低"模式,波动范围在1.95~8.25 mg·L~(-1)之间,平均浓度为5.10 mg·L~(-1).低氧区出现在12~20 m水深,最小值在17 m为1.95 mg·L~(-1).0~12 m内维持在较高水平,垂向差异较小,12~20 m内出现突变骤减,甚至出现缺氧状态(4.0 mg·L~(-1));在20~38 m内溶解氧恢复正常水平,38 m以下因水深增大浓度减小.pH垂向分布与溶解氧分布完全一致,突变区域出现在同一水深.(2)浮游植物垂向上生物量差异明显,S1、S2、S3三断面浮游植物生物量呈现中层表层底层,S4、S5两断面浮游植物生物量底层表层中层,浮游植物在20~30 m区域内生长最好.(3)相关性分析发现溶解氧与水温在温跃层内相关性显著,水体垂向层化作用等物理过程以及浮游生物的活动直接或间接决定了千岛湖湖泊区低氧区的范围与程度.浮游植物与溶解氧、pH显著负相关性,浮游植物在表层主要受水体掺混与溶解氧分层的影响,在底层主要受光照强度的影响.     

基于葛洲坝1号船闸模型的水流诱鱼试验研究

以鲢鱼(Hypophthalmichthys molitrix)为研究对象,在自制的葛洲坝船闸模型中,研究水流诱导鱼类进入船闸的技术。诱鱼效果采用鱼平均聚集率(P)、诱集效率指数(I)、通过闸门频次(f)和上下游停留时间比(Tr)作为评价指标。研究结果表明:适当范围的水流流速对诱导鱼类进入船闸有一定的诱集作用。当闸门断面平均流速为0.45 m/s时,诱集效率最高,此时鱼类在船闸两侧区域平均聚集率和诱集效率指数最大,通过闸门频次最高;当水流流速为0 m/s(对照组)时,鱼类的活动规律不明显;当水流速度大于0 m/s且小于0.45 m/s时,鱼群聚集中心主要集中闸门内高流速区域;当流速超过0.45m/s后,逐渐增大时,鱼类进入船闸的频率呈下降趋势,鱼群聚集中心主要集中在闸门下游侧流速较稳定的区域;当流速超过0.75 m/s后,鱼类的顶流行为逐渐减弱,不再呈现向闸门聚集的趋势,出现逃逸行为。通过本研究,为鱼类行为学的研究提供基础数据,同时为中低水头水利枢纽船闸与鱼道结合的可行性研究提供参考依据。     

整流幕对香溪河库湾水温特性影响数值模拟

为了研究整流幕的作用机理并解决三峡水库支流库湾的水华问题，基于香溪河库湾2010年1~12月的水环境监测数据，利用CE QUAL W2模型，分析比较了整流幕设置前后香溪河库湾水温的时空变化规律。结果表明：整流幕的作用效果因季节、位置、高度的差异而有所不同。整流幕可改变其上游侧水温，尤其是表层水温，夏秋季对水温的影响较大，降温时段也集中在夏秋季；整流幕高度越大，越靠近库湾上游，对水温的影响越明显；整流幕拦截水流的同时，也会促进上下层水体的掺混，减弱水温分层。     

春季敏感时期三峡水库典型支流沉积物-水界面氮释放特性

为研究春季敏感时期三峡水库典型支流沉积物-水界面氮释放特性,于2016年4月采集香溪河库湾上覆水和沉积物样品,分析香溪河库湾沉积物-水系统不同氮形态营养盐浓度的分布特征,计算沉积物-水界面不同氮形态的扩散通量并与环境因子进行相关性分析.结果表明,香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水中ρ(TN)的变化范围分别为1.10~6.90 mg·L-1和6.19~32.57 mg·L-1;上覆水和沉积物间隙水中氮质量浓度在沿程和垂向上有一定的变化规律:各采样点上覆水中氮质量浓度在沿程和垂向上没有明显的变化趋势,上游区域的沉积物间隙水中氮质量浓度明显大于下游区域,沉积物间隙水ρ(NH_4~+-N)明显大于上覆水,沉积物间隙水ρ(NO-3-N)略小于上覆水;香溪河沉积物总体上表现为NH_4~+-N的"源",NO-3-N的"汇";NH_4~+-N的扩散通量范围为2.70~4.72 mg·(m2·d)-1;NO-3-N的释放通量范围为-1.61~-0.62 mg·(m2·d)-1;香溪河库湾沉积物氮主要以铵态氮的形态存在:沉积物中ρ(NH_4~+-N)范围为69.97~1 185.97 mg·kg-1,ρ(NO-3-N)范围为2.78~38.17mg·kg-1,沉积物ρ(NH_4~+-N)与沉积物间隙水ρ(NH_4~+-N)在表层0~8 cm的变化趋势一致.     

梯级水库建设对怒江与澜沧江沉积物氮形态分布的影响

为探究梯级水库建设对沉积物氮形态分布的影响,通过分级浸取方法得到沉积物的离子交换态氮（IEF-N）、弱酸提取态氮（WAEF-N）、强碱提取态氮（SAEF-N）以及强氧化剂提取态氮（SOEF-N）,对比研究了有梯级水库建设的澜沧江和干流无水电站建设的怒江沉积物中氮形态的分布特征,分析了可转化态氮的主要影响因素.结果表明,两条流域沉积物赋存环境存在差异,进而使沉积物的理化性质呈现明显的差异,最终导致沉积物可转化态氮的含量及空间分布也不同,澜沧江沉积物可转化态氮的含量高于怒江,且澜沧江的空间变化也大于怒江,怒江IEF-N、WAEF-N、SAEF-N与SOEF-N含量范围分别为1.56~2.55,16.91~46.42,1.83~10.66,486.61~719.27mg/kg,澜沧江IEF-N、WAEF-N、SAEF-N与SOEF-N含量范围分别为1.55~14.35,20.77~83.08,1.36~92.15,562.61~1404.82mg/kg.两条河流的可转化态氮含量大小排列顺序一致,均为SOEF-N > WAEF-N > SAEF-N > IEF-N,怒江与澜沧江上游自然河段可转化态氮含量及空间分布基本一致,但在澜沧江的梯级水库段上,4种可转化态氮空间分布特征发生了较明显的变化,产生这种现象的原因主要是水库的建设导致了沉积物理化性质的改变,总有机碳、粒度、氧化还原电位对可转化态氮的影响不同.     

钙基聚合硫酸铁对河道富磷底泥固磷脱水的研究

通过n(Ca)/n(Fe)为0.03~0.20的钙基聚合硫酸铁(Calcium-based Polyferric Sulfate,Ca PFS)对武汉某河道富磷底泥(含磷540 mg/kg、含水率97%)进行混凝浓缩脱水,并对固持磷于沉泥之中的过程展开研究。结果表明:对钙铁摩尔比为0.05的Ca PFS,其投加量以铁计为c(Fe)=2.87μg/g时,经混凝沉降静置后其上清液含磷为0.05±0.003 mg/L、沉泥抽滤液含磷为0.41±0.02 mg/L、沉泥滤饼含磷为1 610 mg/kg,底泥中95.64%±1.94%的磷被固持于沉泥之中;而经同样投加量的市售聚合硫酸铁处理后,上清液含磷为0.25±0.02 mg/L、沉泥抽滤液含磷为0.66±0.02 mg/L、底泥仅87.54%±2.14%的磷被固持于沉泥之中。加入钙后的聚合硫酸铁Ca PFS能有效地将底泥中的磷在混凝浓缩脱水时固持于沉泥之中,降低脱出水的含磷量,对有效防止河道底泥生态疏浚余水外排导致水体富营养化具有十分重要的作用。