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...     

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。     

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.     

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.     

基于有限元数值模拟的碎石土滑坡变形研究

碎石土滑坡主要由降雨触发滑动而产生破坏,在多雨的山区较为常见。选择皖南山区典型碎石土滑坡——皂汰滑坡为研究对象,通过实地查勘,对其地质环境条件、结构特征和坡体稳定性进行了分析,并在此基础上,利用Geostudio软件建立有限元数值模型,对皂汰滑坡的变形特征和形成机理进行了数值模拟研究。结果表明:皂汰滑坡的变形可分为碎石土堆积形成、冲沟切割及古滑坡形成和松散堆积体进一步蠕动变形三个阶段,数值模拟计算结果较好地印证了滑坡稳定性的调查结果和解析法判断。     

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。     

太湖磷循环的生态动力学模拟研究

构建了太湖水生态动力学模型(CAEDYM),依据已有相关研究成果对模型参数进行了初选,利用2005年的水文、气象、水质等监测数据对模型参数进行了率定,分析了湖泊水体磷的循环机制和沉积物内源磷的释放机制.结果表明,水温和溶解氧的模拟结果与实测数据非常吻合,TP、PO43-和Chl-a的变化趋势也与实测结果基本相同.浮游植物优势种的演替模式表现为:冬季隐藻和硅藻占优势,春季绿藻占优势,夏季和秋季蓝藻占优势;磷的内源释放对太湖磷循环影响的模拟结果表明,在不改变外源输入的情况下,降低底泥中磷的再悬浮作用能够有效降低水体中Chl-a的浓度,但对水体中TP及PO43-的影响较小.     

巢湖表层沉积物磷的空间分布差异性研究

通过对巢湖表层沉积物磷形态、有机质及粒径分布特征分析,与沉积物总磷历史数据进行对比,结合不同形态磷的剖面变化,探讨了内源磷释放风险.结果表明,巢湖表层沉积物TP自西向东呈递减趋势,平均含量为790 mg.kg-1,比20世纪80年代平均增加了55%,其中东半湖增加211 mg.kg-1、西半湖增加386 mg.kg-1.表层沉积物磷形态含量和分布有较大差别:铁铝结合磷(NaOH-Pi)和活性有机磷(NaOH-Po)含量占TP含量的42%,分别介于55～648 mg.kg-1和27～468 mg.kg-1范围,西半湖平均含量分别为331 mg.kg-1和225 mg.kg-1显著高于东半湖(147 mg.kg-1和91 mg.kg-1,P<0.01);相对而言,钙镁结合磷(Ca-P)和惰性磷(Res-P)含量在东西部湖区没有显著差别,分别占TP含量的18%和40%.沉积物TP含量随深度减少而增加,西半湖增加量高于东半湖,各种磷形态中NaOH-Pi和NaOH-Po的垂直变化规律与TP相似,是沉积物磷增加的主要形态.西半湖高活性磷、高有机质和多砂质粉砂的特征共同作用极大增加了沉积物中磷向上覆水中释放的风险.     

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.     

2009-2018年太湖大气湿沉降氮磷特征对比研究

为了研究太湖2009-2018年大气湿沉降的时空变化特征,于2009年8月-2010年7月及2017年8月-2018年7月进行了两次环太湖大气湿沉降逐月调查,并从降水中ρ（TN）和ρ（TP）、湿沉降率及沉降通量三方面,对比分析了太湖大气湿沉降的时空变化特征.结果表明:①2009年8月-2010年7月降水中ρ（TN）、ρ（TP）平均值分别为3.170、0.077 mg/L;2017年8月-2018年7月降水中ρ（TN）、ρ（TP）平均值分别为3.160、0.056 mg/L;T检验结果表明,两次调查ρ（TN）、ρ（TP）污染水平差异显著,主要是由于2017年8月-2018年7月较高污染浓度降水事件的减少,全年降水中ρ（TN）、ρ（TP）变异较小.②与2017年8月-2018年7月相比,2009年8月-2010年7月太湖TN、TP湿沉降率平均值分别下降33%和53%,且TN、TP湿沉降空间分布更均匀.③与2009年8月-2010年7月相比,2017年8月-2018年7月太湖流域大气TN、TP沉降通量分别为7 641和131 t,分别下降30%、47%.研究显示,两次调查降水中ρ（TN）平均值均远高于水体富营养化阈值（0.2 mg/L）,因此大气湿沉降中的营养盐对太湖富营养化的贡献不可忽视.      

瓦埠湖流域庄墓镇农田土壤氮磷分布及流失风险评估

为揭示瓦埠湖流域庄墓镇农田土壤氮磷含量、分布及其流失风险状况,在该镇下辖的10个行政村,采集农田表层土壤样162份.在对不同形态氮、磷含量分析测试的基础上,采用氮磷指数法量化土壤氮磷流失风险,并以基于ArcGIS的Kriging插值技术,对全氮全磷含量、生物有效性氮磷含量及氮磷指数值进行空间插值模拟.结果表明,该镇土壤全氮含量平均值为1.67 g·kg-1,全磷为0.71 g·kg-1;生物有效性氮磷含量平均值分别为0.26 g·kg-1和0.33 g·kg-1,分别占全氮全磷含量的14.93%和47.30%.全氮含量较高的采样点主要散布在侯集村、杨湾村、刘浅村;全磷含量较高的采样点主要集中在侯集村、杨湾村、枣林村.整个庄墓镇土壤氮、磷指数平均值分别为2.11和2.13.10个行政村氮、磷总指数大小排序为:杨湾村>庄墓村>薛桥村>刘浅村>李庄村>金桥村>枣林村>张圩村>侯集村>徐岗村.总体上,庄墓镇土壤氮流失以中、低风险为主,高风险区仅零星出现在杨湾村局部地方;磷流失风险也以低风险为主,中等以上风险也主要集中在杨湾村.     

太湖西部入湖河口区表层沉积物磷素分布特征

采用SMT法对太湖西部主要入湖河流河口区大港河、乌溪港、庙渎港、大浦港、陈东港、社渎港、沙塘港以及太滆运河表层沉积物磷形态进行分析。结果表明:各河流河口区总磷分布由南向北含量逐渐升高,为300.84~824.89 mg/kg。其中,最高值出现在陈东港,比平均值高约35%;无机磷为表层沉积物磷的主要存在形态,其中西北部河口区铁铝磷含量较高,占TP含量为61%~80%;西部河口区钙磷含量较高,可能与其入湖河流沿岸土地利用类型有关;有机磷在西北部河口区所占比小于20%,可能由于西北部蓝藻爆发,有机磷被大量利用导致。     

夏季青岛大气气溶胶中不同形态磷的浓度、来源及沉降通量

利用2016年6~7月在青岛采集的总悬浮颗粒物(TSP)样品,分析了其中不同形态磷的浓度,讨论了夏季气溶胶中总磷(TP)、溶解态磷(DP)、溶解态无机磷(DIP)和溶解态有机磷(DOP)的分布特征及来源,并估算了大气P的沉降通量.结果表明,夏季青岛大气气溶胶中TP的浓度为(49.3±30.6)ng·m~(-3),其中DP浓度为(15.5±10.4)ng·m~(-3),对TP的贡献为30.9%±11.0%.DP中以DIP占主导,其贡献平均约为60%.气溶胶中不同形态P的来源分析结果显示,夏季青岛气溶胶中P的来源复杂,受地壳源、人为源、生物质燃烧、农业施肥等多种源的共同影响.其中TP的38%来自土壤源的贡献,农业活动源和工业源的贡献分别为20%左右;DP中DIP主要受到农业活动源及燃烧源的影响,其贡献分别为51%和24%;DOP主要来源于土壤源及农业活动源,其贡献分别为41%和27%.观测期间,大气TP的干沉降通量为(51.7±31.7)μg·(m~2·d)~(-1),其中DP对TP干沉降通量的贡献为23.2%±8.2%.DP中DOP有重要贡献,约为DP干沉降通量的40%.DP的干沉降通量可支持黄海(0.5±0.3)mg·(m~2·d)~(-1)浮游植物碳的生产,对新生产力的贡献约为1%.     

太湖湖泛易发区沉积物中有机磷形态分布特征

湖泊沉积物中磷的潜在释放很大程度上取决于有机磷的形态和分布.以太湖西岸湖泛易发区毛渎港(MDG)为研究区域,采用Ivannoff有机磷分级提取方法对沉积物中有机磷进行分析.结果表明,不同采样点沉积物中有机磷形态以胡敏酸结合态OP为主,占有机磷总量的35%.总有机磷含量由岸边往湖心先降低后增加;垂直方向2~6 cm含量最低,4~8 cm含量最高.沉积物中各形态磷含量大小:胡敏酸结合态OP残渣态OPHCl-OP富里酸结合态OP;由岸边向湖心区延伸,Na HCO3-OP占总有机磷的相对含量呈先升高后降低再升高的趋势,蓝藻残体的沉积增加了沉积物中Na HCO3-OP含量.Na HCO3-OP和胡敏酸结合态OP垂直分布大致先降低后升高再降低,Na HCO3-OP在4~6 cm含量最低,胡敏酸结合态OP在4~8 cm含量最高.HCl-OP和富里酸结合态OP垂直分布大致随深度增加含量降低.残渣态OP含量垂直方向无明显变化,均稳定在45μg·g-1左右.活性有机磷与pH、DO、水深呈显著负相关;OM、Na OH-Pi均与总有机磷、活性有机磷、中等活性有机磷及非活性有机磷表现出了显著相关关系.有机磷3种组分均具有生物活性,对湖泊富营养化有着重要作用,蓝藻堆积区活性有机磷的增加可能促进湖泛的发生.     

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。