Recent Changes in Stream Flashiness and Flooding,and Effects of Flood Management in North Carolina and Virginia

The southeastern United States has undergone anthropogenic changes in landscape structure, with the potential to increase (e.g., urbanization) and decrease (e.g., reservoir construction) stream flashiness and flooding. Assessment of the outcome of such change can provide insight into the efficacy of current strategies and policies to manage water resources. We (1) examined trends in precipitation, floods, and stream flashiness and (2) assessed the relative influence of land cover and flow‐regulating features (e.g., best management practices and artificial water bodies) on stream flashiness from 1991 to 2013. We found mean annual precipitation decreased, which coincided with decreasing trends in floods. In contrast, stream flashiness, overall, showed an increasing trend during the period of study. However, upon closer examination, 20 watersheds showed stable stream flashiness, whereas 5 increased and 6 decreased in flashiness. Urban watersheds were among those that increased or decreased in flashiness. Watersheds that increased in stream flashiness gained more urban cover, lost more forested cover and had fewer best management practices installed than urban watersheds that decreased in stream flashiness. We found best management practices are more effective than artificial water bodies in regulating flashy floods. Flashiness index is a valuable and straightforward metric to characterize changes in streamflow and help to assess the efficacy of management interventions.     

锡林河流域地表水痕量元素的时空分布

为更好地理解锡林河流域水文循环过程,在2006～2008年锡林河主要径流期内13个河水断面(10个位于锡林河干流,3个位于3条支流)取得的248个水样,应用高分辨电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)进行了Al、As等20种痕量元素的分析测定,利用分析结果对流域内痕量元素时空分布特征进行了分析.结果表明,锡林河河水中痕量元素平均质量浓度大部分在0.1～10μg.L-1之间;大多数痕量元素浓度值介于大气降水和地下水之间,并且十分接近地下水浓度,说明地表水同时受大气降水和地下水补给并主要依靠地下水补给.时间上,地表水痕量元素年内、年际变化均不大,就年内而言,大部分元素浓度变化在4、5月较大,7、8月较小;大部分元素在2007年间浓度略小.在空间上,从上游到下游,大多数痕量元素浓度呈上升趋势,地下水的补给、河水的蒸发等造成了元素富集的变化.     

污水土地处理系统中管网铺设率对流态的影响与CFD模拟

污水土地净化系统的水力特性直接影响污染物的处理效果,研究不同管网铺设率对水流流态的影响,可为设计参数的选择及反应器结构优化提供依据.因此,运用示踪-应答技术,以停留时间分布(RTD)理论为基础,对反应器中水流的状态进行分析.同时,借助计算流体力学(CFD)软件Fluent进行数值模拟.RTD分析和CFD模拟结果互补分析发现,底部的碎石层具有布水功能,而表面的水层具有集水的作用:水流在承托层中水平流动,竖直流经填料层,最后在水层中水平流入集水管网.在有承托层和水层的情况下,系统采用不同管网铺设程度的布水和集水方式对填料中水流的流态影响不大,然而管网孔口布水效果不均.各管网铺设率反应器的体积效率均在90％以上,但都有一定的无效体积或滞留区.半网布水、集水的反应器体积效率最高,流态接近推流形式.无因次平均停留时间为1.09,轴向扩散系数为0.037.     

垦殖对湿地土壤有机碳垂直分布及可溶性有机碳截留的影响

通过测定和计算兴凯湖地区沼泽湿地及由其垦殖而来的旱田和水田土壤剖面有机碳含量和密度及土壤剖面不同深度土壤溶液中可溶性有机碳含量,分析了垦殖对兴凯湖周边沼泽湿地土壤有机碳垂直分布及土壤剖面截留可溶性有机碳的影响.结果表明,垦殖显著影响湿地0～40 cm土壤有机碳含量,大豆田和水稻田0～10、10～20、20～30、30～40 cm土壤有机碳含量与湿地相比分别降低了79.07%和82.01%、79.01%和82.28%、79.86%和92.90%、37.49%和78.05%;40 cm以下土层土壤有机碳含量垦殖前后差异不显著.大豆田和水稻田有机碳密度相比沼泽湿地分别降低了25.50%和47.35%,但三者1 m深土壤中大部分的有机碳均是储存在0～50 cm土层中.垦殖前后土壤有机碳含量与深度之间的关系均可用指数函数来描述,垦殖改变了土壤有机碳含量但并未改变其随土壤深度的变化规律.垦殖为大豆田土壤剖面对可溶性有机碳的截留效果较湿地和水稻田更明显,沼泽湿地和水稻田对可溶性有机碳的截留效果大致相当.     

时间序列沉积物捕获器（sediment trap）及其在青海湖的放置

沉积物捕获器在认识现代沉积过程方面具有独特的优势,已在海洋和国外一些大湖的研究中得到了成功的应用,但相关的工作在我国湖泊研究中尚未开展。Mark 8-13型时间序列沉积物捕获器是用来连续收集水体沉降颗粒物的仪器,可以获得沉积物输入通量和季节性变率。本文在介绍了该类型沉积物捕获器的设计、工作原理、投放和回收等基本知识的基础上,阐明了我们选择青海湖作为放置沉积物捕获器的理由和科学意义。在本专题的五篇论文中,我们展示了在青海湖放置的沉积物捕获器于2010年7月至2012年9月期间收集的沉积物和湖水样品的研究结果和同步的实时监测数据。通过在青海湖两年多的试验性地放置以及初步的结果,我们建议在我国典型内陆不同位置的湖泊等水体长期地放置这类沉积物捕获器,将为湖泊等水体系统的现代沉积和生物过程的深入理解提供全新的视角。     

Speciation of organic phosphorus in a sediment profile of Lake Taihu II. Molecular species and their depth attenuation

The understanding of organic phosphorus(P) dynamics in sediments requires information on their species at the molecular level,but such information in sediment profiles is scarce.A sediment profile was selected from a large eutrophic lake,Lake Taihu(China),and organic P species in the sediments were detected using solution phosphorus-31 nuclear magnetic resonance spectroscopy(31 P NMR) following extraction of the sediments with a mixture of 0.25 mol/L NaOH and 50 mmol/L EDTA(NaOH-EDTA) solution.The results showed that P in the NaOH-EDTA extracts was mainly composed of orthophosphate,orthophosphate monoesters,phospholipids,DNA,and pyrophosphate.Concentrations of the major organic P compound groups and pyrophosphate showed a decreasing trend with the increase of depth.Their half-life times varied from 3 to 27 years,following the order of orthophosphate monoesters > phospholipids DNA > pyrophosphate.Principal component analysis revealed that the detected organic P species had binding phases similar to those of humic acid-associated organic P(NaOH-NRP HA),a labile organic P pool that tends to transform to recalcitrant organic P pools as the early diagenetic processes proceed.This demonstrated that the depth attenuation of the organic P species could be partly attributed to their increasing immobilization by the sediment solids,while their degradation rates should be significantly lower than what were suggested in previous studies.     

滨岸缓冲带控制农田氮磷流失的作用和机理研究

农田面源氮磷的流失是导致河流湖泊等水体产生富营养化的主要原因之一,其带来的环境、经济及社会问题已引起国内外广泛关注。近年来,关于滨岸缓冲带截留污染物的效率和机理已成为研究热点。文章介绍了滨岸缓冲带在农业面源污染防治上的功能和作用,论述了滨岸缓冲带对氮磷养分的截留转化机理以及稳定同位素技术在机理研究中的应用,讨论了影响滨岸缓冲带截留转化氮磷养分的调控因子,在此基础上就目前滨岸缓冲带控制农田氮磷流失研究中存在的问题提出了未来的研究展望。     

海水生物滤器氨氮沿程转化规律模型

生物滤器是海水循环水养殖系统中的核心水处理单元,其主要用于去除对养殖生物有害的氨氮、有机物等.本研究基于吸附原理和一级反应生物膜理论构建了氨氮在生物滤器中沿程转化规律的数学模型,并通过实验加以验证.实验所用生物滤器采用竹制空心生化球填料,装填高度为70 cm,在pH为7.1～7.6,DO为5～7 mg.L-1,气水比20∶1左右,有机负荷约为4g.(m3.h)-1,水力停留时间(HRT)为1 h条件下,生物滤器中氨氮的去除主要发生在填料高度0～10 cm处,10～70 cm处氨氮去除量很少.进水氨氮质量浓度的增大和水力停留时间的降低都会导致出水氨氮质量浓度增大.此外,模型对进水氨氮质量浓度较低时的沿程出水氨氮质量浓度具有很好的预测效果;当进水氨氮质量浓度较高时,预测值略低于实际结果.     

基于实时交通信息的道路机动车动态排放清单模拟研究

以上海市为例开展了实际道路车流分布、行驶工况和车辆技术的实地调查,建立了道路车流、VSP分布和车辆技术数据库.在此基础上,基于实时的车流、车速等交通信息,构建了动态化的道路机动车污染物排放清单模拟方法,并开展了城区典型道路的机动车小时排放模拟案例研究.调查结果表明,上海市城区道路车流以轻型客车和出租车为主,分别占各时段车流总量的48%～72%和15%～43%;VSP分布与平均车速存在较好的规律,各车型VSP峰值随平均车速的上升向高负荷去移动,且峰值逐渐降低;当前上海市车辆以国2和国3车型为主,经过年检站调查结果的校正,国2和国3车型分别占各车型的11%～70%和17%～51%.模拟案例结果显示,道路机动车CO、VOC、NOx和PM日排放峰谷比可达3.7、4.6、9.6和19.8左右,CO和VOC排放主要来自轻型客车和出租车,与车流变化的相关性较好,而NOx和PM排放主要来自重型客车和公交车,且主要集中在早晚高峰时段.采用建立的动态排放模拟方法可实时反映实际道路的机动车排放变化,获取高排放路段和时段,为交通环境管理提供重要的技术手段和决策依据.     

胞外聚合物磷酸盐形态对生物除磷过程的影响研究

以不同DO条件下污泥龄(SRT)分别为10 d和30 d的两组实验室A/O-SBR反应器活性污泥为研究对象,探讨了胞外聚合物(EPS)磷酸盐形态对生物除磷过程的影响.结果表明,污泥絮体中的磷主要分布于EPS中,PO3-4-P和聚磷酸盐(Poly-P,包括低分子量聚磷酸盐LMW PolyP和高分子量聚磷酸盐HMW Poly-P)是EPS磷的主要形态;EPS对生物除磷的影响明显大于细菌细胞,EPS磷的厌氧降低量和好氧升高量为胞内磷变化量的2.8~6.4倍.EPS中的LMW Poly-P和HMW Poly-P含量均表现厌氧降低和好氧升高的变化规律;对于相同SRT的污泥,中DO(2.5~3.5 mg·L-1)条件较低DO(0.7~1.0 mg·L-1)条件下EPS的LMW Poly-P和HMW Poly-P有更大的厌氧降低量和好氧升高量,对应着更明显的生物除磷过程,说明EPS不仅是生物除磷过程的中转站,而且参与了生物聚磷过程.