太湖河道水深对底泥营养物质再释放过程的影响

河道中的底泥作为二次污染源,是影响河道水环境重要因素.太湖河口及调水区河流底泥氮磷的释放扩散受水动力条件的影响越来越受到人们的重视.本文用直水槽模拟河道的水动力条件改变,通过实验研究总磷、总氮在不同水深条件下水体中的浓度变化情况,探究底泥中营养物质在不同水深条件下的释放规律.本文从水流底部切应力和底部压强的角度,分析研究上覆水中总磷、总氮的平均释放速率.结果显示上覆水中的总磷随着底部切应力的增大,平均释放速率增大,随着底部压强的增大,平均释放速率减小,即与水深的变化成负相关;总氮则随着底部压强的增大,平均释放速率增大,即与水深的变化成正相关.     

杭州城市内河底泥磷污染与磷释放水力模拟

在分析杭州城市内河东新河底泥磷污染的基础上,采用加长型环形水槽动态模拟水体流速（0.002～0.02 m·s^-1）、上覆水质（水体总磷本底值分别为0.18、 0.072和0.007 mg·L^-1）及上覆水深（5、 10 cm）对底泥磷释放的影响,并定量分析了不同流速下底泥磷的释放速率.结果表明,东新河底泥的pH值、含水率、磷含量等理化性质有利于磷的释放.在动态水力条件下底泥磷主要以悬浮颗粒态形式向上覆水体释放.流速对底泥磷释放的影响较为显著,模型流速为0.008 m·s^-1（原型流速为0.05 m·s^-1）时对应底泥的“少量动”,此时底泥磷释放速率趋于最大,达147.36 g·(m²·h)^-1.上覆水质影响底泥磷的释放,尤其显著影响磷的初期释放,内河水较自来水更有利于底泥磷的释放,可能是由于内河水与底泥构成了良好的磷交换关系.在浅水水体中,上覆水深对底泥磷释放影响不大.因此,可以通过调节水力学条件和水质来抑制或强化河流底泥磷的释放.     

北京奥林匹克公园龙形水系底泥氮磷释放实验研究

以北京奥林匹克公园龙形水系底泥为研究对象,分析了典型水域底泥的理化特征,研究在不同水动力和温度条件下底泥中氮磷的释放过程。结果表明:1)龙形水系底泥理化性质对上覆水水质影响较大;2)随着水动力条件的增加总氮的释放强度增加,总磷在低流速下释放强度最大,中高流速下的释放强度均小于低流速下的释放强度,水动力条件越强氨氮释放强度越小;3)温度对底泥氮释放影响较大,较高温度能明显减小底泥总氮的释放强度,但是高温有助于提高氨氮的释放强度,而温度对底泥总磷释放的影响较小。     

河流底泥中溶解性有机物的释放途径及影响因素研究

以沈阳市新开河底泥为研究对象,考察了河流底泥中溶解性有机物（DOM）的释放途径,并分析了时间、温度、pH值、底泥粒径、盐度和上覆水体中溶解性有机碳（DOC）浓度对河流底泥DOM释放的影响.此外,还研究了底泥释放对上覆水体中DOM的光谱学特性的影响.结果表明,对底泥DOM释放影响程度最高的是间隙水的混合作用,其次是底泥表层静态释放,而悬浮颗粒释放对底泥DOM释放的影响程度较小.底泥DOM的释放量随温度,pH值,底泥粒径,盐度的增大而增大.上覆水体DOC浓度较高时,DOM由上覆水体向底泥迁移.扰动作用能够影响底泥DOM的迁移.类富里酸荧光物质和类芳香族蛋白质荧光物质是底泥DOM中的主要荧光物质.河流底泥DOM向上覆水体释放的主要是激发波长分别为280~300nm和320~380nm的荧光物质.并且,扰动作用促进了荧光物质由底泥向上覆水体的释放.     

巢湖底泥磷的释放模拟实验研究

在实验室条件下，模拟了DO控制、pH值调节、温度调节、水动力条件等，进行了底泥释磷实验。实验表明：（1）厌氧条件下，底泥中的磷向水体释放，且释放强度随pH值的升高而升高。好氧条件下，底泥非但没有向水体释放磷，反而从水体中吸附磷，呈“负释放”状态；且pH值越低，“负释放强度”越大。（2）温度升高有利于底泥中磷的释放，最大释放强度随温度的升高而提前。（3）搅动条件下的底泥磷释放量大于静置条件下的底泥磷释放量。（4）微生物对磷释放有明显的影响。从本次模拟实验结果看，体系温度升高、减少溶解氧、提高pH以及施以水动力作用，均可使底泥中的磷释放量增加，在常温（25℃）、厌氧、pH=7.5条件下，底泥中磷向水体的释放量将增加17％左右。     

紊流作用下泥沙释放磷的试验及数值模拟

为研究水体紊动对泥沙释放污染物的影响,引入近似均匀紊流模拟装置,开展不同强度紊动作用下泥沙运动释放磷动态过程及基本规律的试验,研究表明:紊动扩散作用对泥沙解吸释放磷有着十分重要的影响,紊动较弱时,泥沙尚未起动,床面泥沙颗粒吸附的磷元素解吸至孔隙水中,在垂向紊动扩散作用下输送至上覆水中,将使得上覆水中溶解态磷浓度增大;紊动作用较强时,泥沙逐渐悬扬至水体中,悬浮泥沙颗粒吸附的磷元素直接解吸至上覆水中,泥沙浓度越高,溶解态磷含量增长速率越大,达到平衡的时间越短.通过耦合紊流模型、水流泥沙数学模型、污染物对流扩散模型和Langmuir吸附动力学方程建立了紊动作用下泥沙释放磷的垂向一维数学模型,针对试验条件进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合较好,平均相对误差低于10%,可为模拟天然水体中泥沙悬浮释放磷的时空演化提供参考.     

紊流作用下泥沙释放磷的试验及数值模拟

为研究水体紊动对泥沙释放污染物的影响,引入近似均匀紊流模拟装置,开展不同强度紊动作用下泥沙运动释放磷动态过程及基本规律的试验,研究表明:紊动扩散作用对泥沙解吸释放磷有着十分重要的影响,紊动较弱时,泥沙尚未起动,床面泥沙颗粒吸附的磷元素解吸至孔隙水中,在垂向紊动扩散作用下输送至上覆水中,将使得上覆水中溶解态磷浓度增大;紊动作用较强时,泥沙逐渐悬扬至水体中,悬浮泥沙颗粒吸附的磷元素直接解吸至上覆水中,泥沙浓度越高,溶解态磷含量增长速率越大,达到平衡的时间越短.通过耦合紊流模型、水流泥沙数学模型、污染物对流扩散模型和Langmuir吸附动力学方程建立了紊动作用下泥沙释放磷的垂向一维数学模型,针对试验条件进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合较好,平均相对误差低于10%,可为模拟天然水体中泥沙悬浮释放磷的时空演化提供参考.     

北大港水库底泥盐分释放规律研究

底泥的盐分释放是滨海地区淡水库水质咸化的主要原因之一,而包括上覆水条件在内的多种因素可能影响到底泥的盐分释放。为了研究底泥盐分释放的规律和主要影响因素,采集了天津滨海地区典型淡水库——北大港水库底泥样品,测定了盐分含量,并通过室内模拟实验,研究了底泥盐分含量、上覆水水深、上覆水盐浓度以及扰动对底泥盐分释放的影响。调查结果表明,库区底泥全盐量为0.095%~0.818%,总体属轻盐化土和中盐化土,库心底泥盐分含量明显高于库周底泥。室内模拟实验表明,底泥含盐量越高,盐分释放通量越大;实验条件下上覆水越深,上覆水盐分含量越低,底泥盐分释放通量越大;上覆水扰动会促进底泥盐分释放。该研究认为,底泥盐分释放受底泥盐分含量和上覆水理化因素的多重影响,对其释放规律的研究有助于更好地解释滨海地区水体的咸化机制。     

小清河底泥污染物释放对西水东调水质的影响研究

采用静态和动态试验方法研究了小清河底泥污染物释放对其水质的影响。研究结果表明：将小清河底泥置于清洁的自来水中，底泥与自来水之间存在着浓度不平衡，底泥污染物发生了静态、动态释放，造成清洁水体污染，使Ⅱ类水质变为劣Ⅴ类水质，不利于西水东调。底泥污染物的释放程度与底泥污染物含量、河水流速、污染物的种类有关。为此，我们提出了防止小清河底泥污染物释放污染水体水质的措施，以解决好底泥污染问题。     

表面流人工湿地长期运行后的底泥营养盐累积特征与释放规律

底泥在表面流人工湿地污染物迁移转化中起到非常重要的载体作用,探究其营养盐的累积特征与释放规律对了解长期运行的表流湿地净化功能具有重要意义.以运行了5 a的盐龙湖表面流人工湿地底泥为研究对象,对不同位置底泥的总有机碳(TOC)、总氮(TN)和总磷(TP)含量进行分析并开展柱状芯样静态释放实验.结果表明,盐龙湖表流湿地运行5 a后,底泥整体属于中度污染范畴,营养盐累积水平主要受进水条件、水深和植物作用等影响.(1)顺着水流方向,表流湿地底泥营养盐含量表现升高趋势;(2)随着上覆水水深增大,底泥营养盐含量升高,碳受影响程度较深;(3)表流湿地植物的生长情况越好,底泥中累积的营养盐含量也越高.底泥营养盐释放趋势呈现为先升后降,在20 d后基本达到平衡.释放速率主要受湿地底泥营养盐累积水平影响,其规律与轻度营养型水库底泥较为相似.表流湿地底泥中包含的植物残体会使营养盐释放更强烈,研究结果可为长期运行的表面流人工湿地提升净化能力提供科学依据.     

流作用下泥沙悬浮释放污染物的数值分析

基于一维垂向模型(1DV模型),建立了波流共同作用下泥沙悬浮释放污染物的数学模型,模型通过验证可较好的描述床面附近紊动特性、水流结构、泥沙垂向分布及污染物解吸释放规律. 利用数学模型,通过设置不同的模拟情景,分析计算了波流共同作用下泥沙悬浮特征、污染物释放动态过程及时空分布特征. 研究表明: 波流共同作用下,吸附态污染物及总污染物垂向分布与悬浮泥沙分布一致,波浪底部边界层的周期性振荡限制了从底部悬扬的泥沙向上部水体的扩散,在近床面存在梯度较大的高浓度层,在悬浮释放的初期,溶解态污染物的垂向分布规律与吸附态污染物一致,达到平衡后,沿垂向均匀分布.水流流速和波浪强度对泥沙悬浮释放污染物有着不同程度的影响,水流对泥沙及污染物的垂向分布影响明显,波浪的影响主要体现在床面附近形成高浓度含沙层和污染物层.     

流速对太湖河道底泥泥沙、营养盐释放规律影响实验研究

河湖中的底泥作为二次污染源,影响河道水环境.太湖河口及调水区河流底泥泥沙、营养盐的释放扩散受水动力条件的影响越来越受到人们的重视.用环形水槽模拟河道的水动力条件的改变,通过实验研究悬浮泥沙、总溶解氮磷(TDN,TDP)和总氮磷(TN,TP)浓度在不同流速条件下在水体中的变化情况,从而掌握底泥泥沙、营养盐在不同流速下的释放特性.本研究按照泥沙的起动标准,把相对应的流速分为"个别动"、"少量动"以及"普遍动"流速,对应不同的泥沙悬浮量以及营养物质的释放量.研究显示高于起动流速下营养盐的动态释放较低于起动流速下的静态释放.泥沙的悬浮量与营养物质的动态释放过程密切相关.TDN、TDP释放量和最终平衡浓度随流速呈对数关系;TN、TP平衡浓度随流速增加呈指数形式增加.整个释放过程为,0~30 min的释放前期为孔隙水释放,营养物质释放量大且速率快;后期为再悬浮颗粒物释放,释放量小且速率减慢,达到平衡之后,营养盐浓度基本稳定.营养物质的空隙水释放与在悬浮颗粒物释放的比例有待进一步的研究.     

基于沉积物磷释放的WASP水质模型改进研究

沉积物释放是水体磷污染的重要来源之一.鉴于一般水质模型对沉积物释放项的模拟过于简单,无法充分体现实际河道污染物迁移转化等情况.本研究通过静态和动态相结合的室内沉积物释放模拟实验探讨不同水动力条件下磷释放规律,以此修正现有的水质模型,使沉积物在不同水动力条件下的释放项对河道水质的影响在模型中得到体现,并将其应用于太湖苕溪入湖口的水质模拟中.研究结果表明,在不同水动力条件下,沉积物释放速率与流速呈现指数增长关系.而采用动态底泥释放修正后的水质模拟效果要比采用模型默认值的水质模拟效果好,从而验证了改进模型的合理性,也表明水动力对沉积物释放的影响是水质模拟中不可忽略的因素.     

太湖底泥营养要素动态释放模拟和模型计算

采用太湖湖区底泥,根据环型水槽实验总结了各种扰动强度下太湖底泥的起动、悬浮和营养盐释放规律.环型水槽内水体流速均匀且能够通过控制水槽的转速精确控制水槽的水体流速.通过考察水槽中水体TN、TP浓度的变化,建立起了底泥TN、TP释放率(y)与水体流速大小(x)的定量化关系.根据实验确定的各种参数,采用ECOMSED模型计算模拟,并和太湖实测资料进行了对比,结果较为合理.由于目前太湖的野外监测资料存在较明显的时空不一致性,模型参数率定的精度受到了较大影响,通过室内实验模拟底泥的内源释放对太湖的富营养化治理具有重要意义.     

底泥盐分释放对北塘水库水质成化的影响

为研究南水北调通水后,水源改变及水库调度对底泥盐分释放的影响,2005年7月,取0～60cm深度的北塘水库原状底泥样品,在实验室内模拟分析不同底泥含盐量、不同蓄水水质及水位变动和扰动条件下底泥氯化物释放规律。结果表明,底泥中Cl~-含量为0.043%,释放强度为0.12g/m~2·d,Cl~-含量越高,释放强度越大。在底泥含盐量相同的条件下,蓄去离子水的底泥Cl~-释放强度是蓄水库水的1.87倍。扰动状态下,底泥中的Cl~-有5.0%～9.5%释放出来,高于静止状态的3.2%～5.6%。水库运行水位发生变化,将影响底泥盐分的释放。1.0m水深条件下Cl~-的释放量是1.5m水深的5.8倍。水库四周地下水中Cl~-浓度为8.0×10~3～4.2×10~4mg/L,远高于目前水库水的Cl~-浓度。因此,一定要避免水库在低于设计低水位和周边地下水水位的条件下运行,防止底泥盐分释放及地下水反向补给造成水库水质的成化。     

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.     

武汉庙湖沉积物中氮释放化学行为的模拟研究

采用实验室模拟释放的方法对沉积物氮释放过程进行研究,运用正交实验设计,探讨了环境条件的变化对庙湖底泥中氮释放行为的影响。此次实验的结果表明:升高温度有利于加速氮释放过程的进行;底泥释氮过程在酸性或碱性条件下受到抑制,中性条件下最有利于释放;底泥总氮释放量随溶解氧增加而减少,从不同形态的氮来看,厌氧条件下氨氮释放量增加,好氧条件下硝酸盐氮释放量增加。运用回归分析,分别推求出在不同温度、pH、溶解氧水平下庙湖底泥平均释氮强度公式,通过释氮模型预测不同环境条件下底泥释氮强度,从而采取适宜措施抑制氮释放,控制内源污染。