浅水富营养化湖泊蓝藻垂向分布特征及其动力机制研究—以太湖为例

蓝藻垂向运动的表征对于理解浅水富营养化湖泊中蓝藻水华的形成过程至关重要.本研究以太湖为研究区,通过野外实验观测,分析蓝藻生物量及颗粒物粒径分布的垂向变化特征,结合一维蓝藻平流运动模型,研究在不同扰动强度和群体粒径下的蓝藻垂向运动规律.结果表明,在低风速条件下(风速小于3 m·s^-1),太湖水体中蓝藻生物量在垂向上分布不均匀,其垂直分布剖线在水表或水柱某一深度形成峰值.当水华发生时,直径> 75μm的蓝藻群体主要聚集在水表,其剖线在水下形成不明显的峰值;在水华未发生时,75～175μm直径范围内的蓝藻群体主要聚集在水深1.2 m处,175～250μm直径范围内的大粒径蓝藻群体仍聚集在水表.垂向运动模拟表明,直径> 100μm的蓝藻群体随光照变化在水柱中进行周期性上浮下沉运动,直径<100μm的蓝藻群体,由于垂向迁移速度较小,在弱扰动条件下聚集在真光层深度附近.不同粒径蓝藻群体的垂向运动规律不同,导致蓝藻生物量垂直剖线在水表和水下形成两类特征峰.     

城市浅水湖泊雨水溢流总磷输运的数值模拟

从三维对流-扩散-反应方程出发,根据雨水箱涵溢流入湖总磷形态特性,推导雨水溢流进入城市浅水湖泊后二维总磷的输运方程,并与浅水流动方程结合,建立城市浅水湖泊平面二维水流-水质总磷的数学模型.模型通过深圳荔枝湖实测资料验证,计算结果较好.用此模型计算设计降雨强度28 mm/h历时1 h情况下,雨水径流通过箱涵溢流进入荔枝湖和湖水混合后总磷输运情况,分析了入湖雨水总磷归趋.结果表明,溢流入湖TP通量为15.385 kg,其中62.3%掺混在水体中,28.1%沉积到表层底泥;污染后的湖水通过水污染治理工程连续运行3.0 d可将荔枝湖TP恢复到雨前初始浓度水平.     

大型浅水湖泊水质模型边界负荷敏感性分析

为探究太湖水质对外源负荷削减的时空响应分异性,阐明不同入湖水量和污染来源条件下对应的外源削减侧重点,基于EFDC模型构建太湖水质模型,将太湖入湖边界划分为7组,以COD和氨氮为输出目标,采用局部敏感性分析方法进行太湖水质边界敏感性分析.结果 表明,各湖区的COD和氨氮改善响应特点为自削减边界向外围递减,边界敏感性指数均...     

罗非鱼对浅水型湖泊生态系统营养水平的影响

惠州南湖(惠州西湖子湖之一)是典型的亚热带浅水城市湖泊.2007年5月惠州西湖开展了以水生植被构建和鱼类调控为主的生态系统修复与构建(中试)工程,以控制湖泊富营养化,改善湖泊水质.在工程前对罗非鱼等野杂鱼类进行了清理.清鱼后总磷下降了58.79%,总氮上升了36.48%,浊度下降77.87%,水体透明度明显改善.浮游植物的种群结构变化不大,但生物量变化很大,水体的富营养化程度有所改善,罗非鱼等野杂鱼能够明显加剧水体富营养化进程.     

三维有限元模拟中的网格重划

详细论述了网格重划技术的判断准则、新旧网格之间场量传递等 ,提出了两种进行包含测试的新方法交点判断法和矢量判断法 ,并成功地应用于新旧网格之间三维场量的传递。实例应用验证了该方法的正确性和有效性。     

大型浅水湖泊磷模型参数不确定性及敏感性分析

以太湖作为大型浅水湖泊的代表,以EFDC模型为基础建立关于磷的沉积成岩模型,运用拉丁超立方抽样方法、普适似然不确定性分析方法和区域敏感性分析方法,对成岩模块中与磷迁移转化有关的16个参数进行敏感性分析.结果表明,太湖全湖区磷酸盐和总磷的时间空间分布都极不均匀,成岩模块参数的不确定性在磷酸盐和总磷的模拟方面都存在强烈影响.以上覆水磷酸盐为输出目标,"沉积物-水"界面遭受的风浪扰动在水深相对更浅的湖区更为直接,湖湾区水的流通性较差,利于沉积物中溶解态磷释放.以上覆水总磷为输出目标,湖心区颗粒态磷和溶解态有机磷的质量浓度受成岩模块参数不确定性的影响较大.敏感参数主要是动力特性与和氧相关的两类参数.对于大型浅水湖泊,底泥沉积成岩模块敏感参数的重要性不弱于水动力、水质模块,针对不同水质、底泥分布的水域,模拟磷元素时应注重敏感参数的取值率定.     

板料成形中的有限元数值模拟技术

综述了板料成形中有限元数值模拟技术的发展及我国目前板料成形数值模拟技术的研究和应用水平.论述了美、日等发达国家在汽车覆盖件模拟方面取得的进展,指出了今后的研究方向.     

大型浅水湖泊内源营养盐释放的概念性模式探讨

通过在太湖开展的风浪与底泥悬浮的野外观测,结合分层采取水样并分析水体中溶解性营养盐的浓度随深度的变化结果,发现在水土界面的上覆水中营养盐浓度有突然增加的现象,指示着沉积物对上覆水营养盐浓度有影响.对沉积物中孔隙水营养盐浓度随深度的变化分析,表明了沉积物孔隙水中营养盐浓度变化与氧化还原环境的关系.结合水动力作用,提出了大型浅水湖泊水动力作用导致底泥悬浮,从而使得底泥中的可溶性营养物质释放这一内源释放的概念性模式.     

东亚边界层臭氧时空分布的数值模拟研究

利用嵌套网格空气质量预报模式系统(NAQPMS)对2010年东亚地区边界层臭氧(O3)的时空分布进行了数值模拟,并评估了东亚边界层光化学反应的活性.结果表明,NAQPMS模式与观测结果较为一致,站点观测与模拟的日均值(月均值)相关系数达到0.56~0.91,模式能合理再现东亚地区地面O3的时空分布特征.东亚地区冬季边界层O3低值区出现在中国东部;春季O3浓度增加,西北太平洋沿岸地区O3浓度达60μL/m3左右;夏季东亚中纬度35°N附近大陆地区O3由于强烈的光化学反应呈现出一浓度高值带,浓度达60μL/m3以上;秋季东亚大部分地区O3浓度维持在40~45μL/m3左右.夏季中国京津冀和长江三角洲部分地区光化学净生成率已超过30×10-9/d.     

南四湖水体氮、磷营养盐时空分布特征及营养状态评价

分析了南四湖水体TN和TP的时空变化规律,并采用综合营养状态指数（TSI）对其营养状态进行了评价.结果表明,南四湖水体TN和TP含量分别为2.617 mg·L^-1和0.110 mg·L^-1;空间上各湖区水体TN和TP含量存在显著差异,TN和TP含量均以南阳湖最高,分别为3.830 mg·L^-1和0.192 mg·L^-1,独山湖TN含量（2.106 mg·L^-1）最低,而微山湖TP含量（0.067mg·L^-1）最低;南四湖水体中TN含量的季节差异不显著,但夏季（2.805 mg·L^-1）和春季（3.049 mg·L^-1）明显高于秋季（2.160 mg·L^-1）和冬季（2.452 mg·L^-1）,各湖区TN的季节变化没有一致规律;南四湖及各湖区TP含量具有显著的季节差异,变化趋势均为夏季〉春季〉秋季〉冬季.总体来看,南四湖处于轻度富营养化状态.其中,南阳湖富营养化最严重,处于中度富营养化状态,其它3个湖区均为轻度富营养化.综合分析表明外源污染仍是南四湖污染的主要来源,湖区网箱养殖和围网养殖所产生的污染应引起高度重视.     

高原湖泊周边浅层地下水:磷素时空分布及驱动因素

高原湖泊周边农田磷肥的大量施用和城镇村落的聚集造成了土壤剖面磷素不断累积和含磷污染物的大量排放,加剧了湖泊周边浅层地下水的磷污染,磷随湖泊周边区域浅层地下径流入湖也影响着高原湖泊的水质安全. 2019～2021年雨季和旱季,通过对云南8个湖泊周边农田和居民区水井进行监测,分析了452个浅层地下水样中磷浓度的时空差异及驱动因素.结果表明,季节变化和土地利用影响了浅层地下水中磷浓度及其组成,表现为雨季浅层地下水中磷浓度大于旱季,农田大于居民区;溶解性总磷(DTP)是总磷(TP)的主要形态,占75%～81%,溶解性无机磷(DIP)是DTP的主要形态,占74%～80%.8个湖泊周边近30%的样本TP浓度已超过地表水Ⅲ水标准(GB 3838),其中,洱海(52%)、杞麓湖(45%)、星云湖(42%)和滇池(29%)湖泊周边地下水磷的超标率远高于阳宗海(16%)、抚仙湖(13%)、程海(6%)和异龙湖(5%).影响浅层地下水磷浓度的关键因子是土壤剖面中水溶性磷(WEP)、含水率(MWC)、土壤有机质(SOM)、总氮(TN)、 pH和浅层地下水中pH、水位(P<0.05).土壤WEP、 SOM...     

基于ICP-AES法测定太湖溶解态有机磷的初步研究

以2010年5月27日太湖水样为测试对象,进行典型溶解性有机磷(草甘膦和植酸)的ICP-AES加标回收试验验证C18柱去除有机磷的能力,探讨了样品消解在ICP-AES法测定TSP过程的作用,使用ICP-AES法测定水样中不同形态磷含量间接定量太湖DOP水平,并与传统方法测得的DOP含量作对比。结果表明,过C18柱可去除水样中96%以上的有机磷,能实现过滤前后水样有机物差异的效果;水样经过消解后测定值(TSP)为0.025~0.095 mg/L,大大高于未消解系列测得值(0.009~0.030 mg/L),ICP-AES法测定有机磷含量较高的水样时需要经过消解的预处理步骤;使用ICP-AES与C18柱相结合的方法测得太湖DOP含量为0.014~0.069 mg/L之间,大大高于传统比色法DOP测得值0.026~0.083 mg/L,前法能更准确的间接定量水体中DOP水平,而后法可能会大大高估DOP在水环境中的实际含量。     

太湖竺山湾沉积物碳氮磷分布特征与污染评价

为了揭示太湖竺山湾沉积物中碳、氮和磷的分布特征,本研究在太湖竺山湾设置3个断面(湖湾内,A断面;湖湾中部,B断面;开敞湖区,C断面) 10个采样点,采集沉积物柱状样,每2 cm间隔分层测定沉积物中总氮(TN)、总磷(TP)和总有机碳(TOC)含量,以揭示其水平分布和垂向分布特征.结果表明,在空间上竺山湾表层沉积物呈现开敞湖区向湖湾富集的特征,湖湾内部碳、氮和磷含量显著高于开敞湖区(P 0. 01),其中湖湾内(A断面)表层沉积物TN、TP和TOC含量分别为1. 53、1. 55和11. 31 mg·g~(-1),而靠近开敞湖区(C断面)表层沉积物TN、TP和TOC含量仅为0. 75、0. 57和6. 70 mg·g~(-1).垂向分布特征表现为表层富集,3个断面TN、TP和TOC含量随着底泥深度的增加均呈现出下降趋势,表层沉积物TN、TP和TOC含量分别是底层的2～3、2～5和2～3倍.整体而言,竺山湾沉积物TP含量均值为0. 93 mg·g~(-1),属于重度污染,而TN平均含量为1. 11 mg·g~(-1),属于轻度污染;有机氮指数和综合污染指数显示,竺山湾北部地区污染水平为重度污染区,有机污染相对较强,TP的污染指数(STP)处于1. 03～3. 87之间,属于重度污染.     

基于DYRESM模型的太湖全年水温模拟及其在水华预警中的应用

水温是湖泊生态系统的重要驱动因子,太湖蓝藻水华暴发过程与湖泊全年水温变化密切相关。本文从水温角度出发,运用澳大利亚西澳大学水研究中心开发的一维DYRESM水动力学模型模拟了太湖2005全年的水温变化状况,并通过太湖2005年水温实测值进行了验证,模型结果较好的反应了2005年太湖逐日水温的变化情况。另外从水温角度对太湖蓝藻水华暴发阶段作出分析,为太湖蓝藻水华暴发的预测预警研究进行了方法上的准备和探索。     

北京城区水华发生氮磷比变化趋势及原因分析

分析了北京什刹海水体的总氮、总磷、氮磷比以及叶绿素的数据,发现氮磷比在水华发生过程中有明显的规律性。三个监测点氮磷比全年呈下降→平稳的变化趋势。藻类复苏期氮磷比为15:1左右,藻类指数增长期稳定在5:1左右,氮磷比的降低是水华产生的结果。监测数据表明藻类在大量生长时主要受氮的影响,表现为氮限制性河湖。     

太湖流域宜溧河酚类内分泌干扰物的空间分布及风险评价

以NP(nonylphenol,壬基酚)、4-t-OP(4-t-octylphenol,辛基酚)和BPA(bisphenol A,双酚A)为目标物质,研究酚类EDCs(内分泌干扰物)在太湖流域宜溧河地表水体和悬浮物中的空间分布特征及风险评价. 结果表明,太湖流域宜溧河地表水体中ρ(NP)、ρ(4-t-OP)和ρ(BPA)分别为156.2～434.0、11.8～19.4和89.8～353.8 ng/L,悬浮物中w(NP)、w(4-t-OP)和w(BPA)分别为520.0～9 818.2、52.0～454.5和39.0～2 454.5 ng/g. 流域内生活及工业污水排放可能是宜溧河流域水体中酚类EDCs的主要来源,ρ(NP)与ρ(NO₃-)呈显著正相关(R=0.860,P<0.01). 宜溧河水系中酚类EDCs在水相-悬浮物相的有机碳标准分配系数为4.14～6.41,表明悬浮颗粒物的吸附是水体中EDCs迁移的一个重要途径. 研究区域中NP、4-t-OP和BPA的入湖量分别为506、57.9和297 kg/a. 风险评价结果表明,该地区部分河段ρ(EDCs)具有潜在的生态风险.      

太湖表层沉积物中PAHs的空间分布及风险评价

采用GC-MS方法测定了太湖湖区20个典型采样点表层沉积物中的多环芳烃(PAHs)含量,共检出13种PAHs,其浓度〔w(PAHs)〕范围为4223~2 0011 μgkg. 其中,属于我国优先控制的污染物有5种,属于US EPA（美国国家环境保护局）优先控制的污染物有11种,w(PAHs)为2775~1 7568 μgkg,最高浓度出现在太湖梅梁湾区域,PAHs在湖区总体的空间分布趋势呈梅梁湾＞南部区＞东部区＞湖心区. 风险评价结果表明,针对检测出的11种US EPA优先控制的PAHs,除了某些采样点的芴（Flu）浓度处于中度潜在风险水平外,其余10种PAHs尚未对水环境造成明显危害风险影响. 利用特征化合物指数法对PAHs进行源分析发现,其主要来源是燃料燃烧.      

太湖水体中碱性磷酸酶的空间分布及生态意义

在对太湖生态湖区进行分区的基础上,监测各湖区水体碱性磷酸酶活性、动力学参数以及常规水环境化学指标,探讨水体碱性磷酸酶活性的空间分布特征及其环境影响因素.结果表明,太湖水体碱性磷酸酶活性(APA)、最大反应速率(Vmax)值及碱性磷酸酶反应米氏常数(Km)值分布均呈空间异质性;APA与Vmax值具有相似性的空间分布规律,即西岸河口区水体中APA值与Vmax值最大,分别为(9.43±5.30)nmol.(L.min)-1和(13.70±7.42)nmol.(L.min)-1,在其他湖区依次为湖心区>草型湖区>梅梁湾区>竺山湖区>贡湖区;草型湖区Km值(20.50±11.30)μmol.L-1>贡湖区>竺山湖区>梅梁湾区>湖心区>西岸河口区(9.17±3.46)μmol.L-1.太湖水体中Vmax与pH、总磷(TP)、叶绿素a(Chla)之间均存在显著的线性正相关,其相关系数分别为rpH=0.651 2**(p<0.01)、rTP=0.488 5**(p<0.01)、rChla=0.765 6**(p<0.01),但与水温、溶解性总磷(DTP)、正磷酸盐(PO43--P)无显著的相关性;Km值与TP浓度间呈显著的线...