分层水库水深对扬水曝气原位控藻效果的影响

扬水曝气是分层水源水库原位藻类控制的有效技术.针对西安金盆水库扬水曝气水质改善工程典型设计工况,采用商业化Fluent软件模拟计算了不同水深条件下扬水曝气器的外围流场,分析了水深对扬水曝气控藻区域和效果的影响.结果表明,当扬水曝气器外围流场稳定时,进水口附近的顺时针环流和其他区域的逆时针环流共存,进水口顺时针环流范围和强度不受水深影响,水流速度沿扬水曝气器径向减小.当水深从50 m逐渐增加到110 m时,扬水曝气核心控藻区域的百分比从12.5%增大到30.6%,核心控藻区域半径从60 m增加到175 m,藻类完全混合的时间从16 d增加到30 d.当水深不浅于65 m时,藻类在补偿点以下的停留时间均大于48 h,且随水深的增加而延长.非核心控藻区域内的藻类随逆时针环流被动迁移至核心区域,最终悬浮并滞留在扬水曝气器底部附近.分层水库中扬水曝气器合理设计间距为水深的1.2~1.6倍.     

分层水库温度梯度对扬水曝气原位控藻效果的影响

基于计算流体力学(CFD)方法,数值模拟了不同温度梯度条件下扬水曝气器外围流场及藻类浓度场,并与实际工程运行数据进行对比.当水深为80m、水面下30m内的温度梯度从0.17℃/m增加到0.73℃/m时,核心控藻区域的半径从100m增加到150m,控藻区域百分比从25.16%增大到28.60%,藻类完全混合的时间分别从16d增加到24d.在稳定条件下,藻类在补偿点以下的停留时间均大于48h,基本不受温度梯度的影响,藻类生长受抑制.藻类浓度模拟结果与实际工程运行结果吻合良好.推荐水库中扬水曝气器合理设计间距为250m.     

分层水库温度梯度对扬水曝气原位控藻效果的影响

基于计算流体力学(CFD)方法,数值模拟了不同温度梯度条件下扬水曝气器外围流场及藻类浓度场,并与实际工程运行数据进行对比.当水深为80m、水面下30m内的温度梯度从0.17℃/m增加到0.73℃/m时,核心控藻区域的半径从100m增加到150m,控藻区域百分比从25.16%增大到28.60%,藻类完全混合的时间分别从16d增加到24d.在稳定条件下,藻类在补偿点以下的停留时间均大于48h,基本不受温度梯度的影响,藻类生长受抑制.藻类浓度模拟结果与实际工程运行结果吻合良好.推荐水库中扬水曝气器合理设计间距为250m.     

人工强制混合对金盆水库水体藻类群落结构时空演替的影响

为探明人工强制混合过程对水体藻类群落演替的作用影响机制,本研究利用扬水曝气系统对金盆水库主库区水体进行原位人工强制混合,对系统运行过程中水库水体理化参数及藻类进行原位定点监测.结果表明,金盆水库水体藻类共6门28属51种,扬水曝气系统的人工强制混合作用可显著抑制水体藻类的生长,并对其群落结构产生显著影响:扬水曝气系统运行前,藻类主要分布在表层水体,其中以小球藻(Chlorella vulgaris)为优势种属;扬水曝气系统运行后,表层水体藻密度大幅降低,藻密度垂向分布趋于均匀,优势种属有向小环藻属(Cyclotella sp.)演替的趋势.本研究利用冗余分析(RDA)方法,结合临界层理论(critical depth theory)和藻类生长特性,分析了人工强制混合过程中金盆水库水体藻类群落结构时空演替和主要理化参数变化之间的关系.分析结果表明,扬水曝气系统的人工强制混合作用主要通过迅速破坏水体热分层稳定性和显著增加水体混合深度(Z_mix)来影响藻类群落结构的时空演替.     

分层型水库藻类季相演替的细菌种群驱动机制

浮游藻类和水体中的细菌是水生食物网的组成部分,在淡水生态系统的结构和功能中发挥着关键作用.然而,对于水库当中藻类和细菌群落如何互作及其对变化的环境条件的响应研究却较少.本文以李家河水库为研究对象,采用16S rDNA高通量测序技术和共生网络分析方法,分析了藻类种群时空演替与细菌群落的生态互作关系.结果表明,在藻类群落结...     

大冶水库夏秋季热分层对沉积物氮磷释放的影响

水库夏秋季节的热分层现象影响水体垂向交换和水-沉积物界面环境。为研究济南市大冶水库夏秋季节热分层现象对沉积物氮磷释放的影响,作者于2022年6-10月对水库进行现场监测及采集水样、沉积物,分析水体水温和溶解氧分层特征及氮磷营养盐分布情况,并结合室内模拟实验,研究热分层导致的缺氧环境对沉积物中氮磷释放速率及迁移转化的影响。结果表明：大冶水库在6-9月热分层现象明显,10月份分层现象消失,水库表层与底层的水温差最高可达15.6℃;水体溶解氧浓度随热分层结构的形成出现垂向分层,6-8月水库底层水体出现缺氧甚至厌氧现象,7月份溶解氧浓度低至0.84 mg/L;底层水体氮磷含量显著高于表层和中层,总氮和总磷含量约为表层水体的1.5倍和4倍;溶解氧是沉积物氮磷释放的重要驱动因子,室内模拟实验表明厌氧状态下总氮和总磷的释放速率约为自然状态的1.5倍,其中沉积物氮的释放以氨氮形式为主,铁铝结合态磷是潜在磷源。大冶水库内源污染引起的水质风险不容忽视。     

电化学氧化杀灭水库原水中藻类的研究

由Ti/RuO2棒为阳极、不锈钢管为阴极组成电氧化管式反应装置,对电氧化杀灭水库含藻原水中的藻类进行了研究。结果显示:处理累积停留时间20 min后,叶绿素a去除率达100%,对浓缩10倍水样,藻毒素MCLR的去除率达98%以上。细胞的死亡及胞内物质的损失,导致溶液DOC值从32 mg/L上升至50 mg/L,但在电氧化作用下,可下降至12 mg/L。氧化降解产物使溶液UV254值上升,从0.09 cm-1上升至0.14 cm-1,溶液UV410值没有太大变化。处理过程中pH值从8.4迅速下降至7.4后,基本维持稳定,电导率以21μS/(cm.min)速率呈线性下降趋势,溶液离子浓度改变较大。     

洋河水库泄洪对近岸海域水质的影响

基于验证良好的秦皇岛河流-海岸一二维耦合数学模型,探讨了洋河水库泄洪对近岸海域水质的影响。由于水库COD浓度略高于近岸海域COD标准浓度,但远低于河道水体COD浓度,水库开闸放水初期,河口海域COD日平均浓度和超标面积较泄洪前有所增大,此后随着水库的不断泄洪,海域COD日平均浓度和超标面积逐渐减小,最终趋于稳定,海域水质较泄洪前得到明显改善。在相同水库放水COD浓度下,泄量越大,携带水库下游河道的污染物入海越多,海域COD日平均浓度超标面积越大,且泄量与超标面积间服从线性函数关系。在污染物入海通量相同的情况下,减小污染物入海浓度在一定程度上可以改善近岸海域水质状况。     

天目湖沙河水库热分层变化及其对水质的影响

为揭示亚热带水库热分层的季节性变化特征、影响因素及水质效应,以最大水深11 m的江苏溧阳天目湖沙河水库为例,基于对水库坝前区(TM1)3~11月逐时的水温监测及对该水库2009~2016年相关水质和气象指标监测,分析了该水库热分层的形成和消失时间、驱动因素及其对水质的影响.结果表明,天目湖沙河水库呈典型的亚热带单循环混合模式:春季随着太阳辐射的增强,水温逐渐升高,当表层水温升至21℃左右时,热分层稳定形成,在整个5~9月期间水体热分层十分稳定;秋季随着太阳辐射的减弱,水温逐渐降低,当表层水温降至19℃左右时,热分层基本消失,在10~4月期间水体呈混合状态.热分层期间,表层和底层的水温差随太阳辐射的增强而增加;日均气温超过30℃的情况下,水体热分层更加稳定;夏季强降雨过程降低了水体表层的温度、减弱了上层5 m水体的温度分层,但对5 m以下深度的热分层状况基本无影响.水温分层对水库水质产生一定的影响:热分层期间,底层水体处于厌氧状态,底层水体氨氮浓度明显增加;热分层消失后,底层水体溶解氧、总磷及悬浮颗粒物含量均增加.研究表明,对于四季分明的亚热带中等深度的水库而言,水体热分层主要受太阳辐射的控制,稳定的热分层有利于蓝藻门相关种属藻类的生长,热分层形成及消散阶段改变了沉积物的营养盐释放及供给水体的强度,对水体水质形成冲击.在水库水质监控及生态保护管理中,应关注热分层过程的不利影响,并探索相关灾害的防控技术.     

分层型水库藻类垂向演替的水质与细菌种群调控

浮游藻类和细菌是水生食物网的重要组成部分,在水源水库生态系统物质循环和能量流动方面发挥关键作用,藻类的空间演替与水体细菌种群代谢和结构演变关系密切.因此,本文以李家河水库为研究对象,在分析水库水质指标基础上,采用高通量DNA测序技术和Biolog技术,研究水库藻类暴发期,浮游藻类和细菌群落结构垂向演替特征及其与水质的偶联关系.结果表明,李家河水库在8月处于热分层期,水体pH、DO和NH~+_4-N随深度变化均逐渐降低(P0.001).藻密度和Chla呈现同步变化趋势(P0.001),表层最大分别为3 364.33×10~4 cells·L~(-1)和7.03μg·L~(-1).藻类群落结构在水深0 m和3 m处以微囊藻为主,而在水深6 m处,小环藻取代微囊藻成为最优藻属,相对丰度达57.28%.Biolog结果表明,微囊藻的暴发对细菌代谢活性及其相对丰度产生较大影响,但细菌种群代谢活性多样性变化不显著.高通量测序共发现1 420个OTUs,隶属于10个细菌门类,其中放线菌门(Actinobacteria)和变形菌门(Proteobacteria)在不同水层均为最优门类,其相对丰度之和达50%以上;绿菌门(Chlorobi)和浮霉菌门(Planctomycetes)的相对丰度随着水深增加发生显著变化,均在6 m深度达到最大值,分别为10.29%和6.78%,且与水层藻密度呈显著负相关(P0.05);厚壁菌门(Firmicutes)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)与藻密度呈显著正相关(P0.05).热图(Heat map)指纹图谱表明,李家河水库的细菌群落结构垂向分布差异显著,且随着水深的增加,细菌群落分布更均匀并趋于多样性.冗余分析(RDA)表明,细菌和藻类的群落结构的垂向分布受不同水质指标调控且差异显著.对水源水库藻类暴发期藻类与细菌群落的偶联机制进行探究,为水源藻华消涨的分子微生态驱动机制研究提供科学依据.     

重庆主城区三峡水域优势藻类的演替及其增殖行为研究

通过在三峡水系中重庆主城段的长江与嘉陵江现场布点、采样和分析自然水体中的藻类,在实验室内分别模拟氮磷比、光照和流速对嘉陵江水体中藻类生长的影响,发现在不同TN/TP和光照强度的静水环境中蓝藻和绿藻生长迅速,硅藻消亡很快,其它藻类变化不大,总藻细胞密度最大可达107/L以上;而在0.03m/s左右的缓流下总藻细胞增长最明显,但密度也只能达到106个/L,硅藻比例提高,当流速进一步加快,蓝藻和绿藻比例降低.显然,优势藻类随水文情势发生演替.总藻密度分别与TN/TP、流速拟合的可决系数R2均在0.93以上,与光照强度的拟合效果次之.自然状态下两江的现场水样分析还表明:嘉陵江总藻密度大于长江,硅藻占绝对优势,其次为绿藻和蓝藻,与实验室测试结果相符.     

调水型水库藻类对调水氮、磷浓度与水量的响应

以南方某典型的调水型水库为研究对象,采用EFDC模型建立了水库的三维水动力和富营养化模型,并根据长历时的水文和水质数据对模型进行了率定和验证.基于模型计算结果,分析了水库氮、磷浓度对藻类生长的影响,计算了藻类对调水氮、磷浓度及调水量的响应关系.结果表明,水库氮、磷浓度对藻类生长的限制作用很小.在降幅相同的情况下,降低磷浓度比降低氮浓度的藻类浓度降幅更大,削减60%的氮,叶绿素a无明显下降,削减60%的磷,叶绿素a平均下降12.4%,分别削减90%的氮和磷,叶绿素a分别平均下降17.9%和35.1%.当调水量高于现状的20%,藻类浓度随调水量增大而降低,当调水量低于20%,藻类浓度随调水量增大而升高,调水量比现状增大1倍,叶绿素a平均降低25.7%,调水量降至20%,叶绿素a平均升高38.8%.本研究对于支撑水源地的富营养化控制工作具有重要意义.     

厦门市坂头水库和汀溪水库水中浮游藻类种群组成特征研究

2009年-2010年采集汀溪水库和坂头水库水样,制片,电子显微镜下观察,研究结果表明:汀溪水库藻类共有4门,其中,蓝藻门最多,其中的拟浮丝藻数量高达5.4×107个/L,其次是绿藻门,再次是硅藻门,甲藻门最少。坂头水库藻类共有4门,其中,硅藻门最多,其中的颗粒直链藻数量达到1.01×107个/L;绿藻门、甲藻门和蓝藻都非常少。根据指示藻类标准初步鉴定坂头水库和汀溪水库属于中-富营养化型(β-α-ms)水体。同时分析和讨论了藻类引起的潜在水质问题。     

于桥水库藻类群落演替过程及影响因素

解析湖库藻类群落演替过程及影响因素对于湖库富营养化控制具有重要作用,而当前我国大部分湖库缺乏历史藻类群落监测数据.为研究典型水库藻类群落演替过程及主要驱动因素,在于桥水库采集沉积物柱芯,采用137Cs定年和藻类色素反演的方法,重建了于桥水库藻类群落近80年历史演替过程,揭示了气候变化和人类活动对藻类群落演替的影响规律.结果表明:①于桥水库历史主要藻类为绿藻、蓝藻、隐藻、甲藻、硅藻和裸藻,藻类群落演替经历了3个阶段,第Ⅰ阶段为1938—1958年,藻类生物量较低;第Ⅱ阶段为1958—1983年,藻类生物量逐渐升高;第Ⅲ阶段为1983—2019年,藻类生物量显著增长,主要以蓝藻和绿藻为优势种.②1959年建库后水动力条件改变导致藻类群落显著变化,藻类生物量和多样性增加;20世纪80年代开始流域营养物负荷提高导致藻类生物量显著升高.③1951年以来气象资料时段的相关分析显示,TP含量、气温与藻类色素含量具有显著相关性（P < 0.05）,表明TP负荷增加和气候变暖对藻类群落演替和生物量增加起到显著促进作用.      

稀土元素对包头引黄水库水中藻类的影响研究

为探明包头引黄水库藻类高发的原因,按标准方法进行藻类培养试验,研究稀土元素Ce对水库水体中藻类的影响。结果表明稀土元素Ce对藻的种类和生物多样性有抑制作用;低浓度(1mg/L)Ce对藻类个体总数具有明显的刺激作用,优势藻种为绿藻;高浓度(20mg/L)Ce对藻类的数量有抑制作用;低浓度稀土元素对藻类的刺激作用可能是包头引黄水库水体富营养化的影响因素之一。