小浪底水库水沙调控影响下的黄河POC输送特征研究

于2011年11月—2012年10月在黄河小浪底站和花园口站进行连续采样观测并结合同期水文资料,研究了在小浪底水库水沙调控影响下黄河颗粒有机碳(POC)的输送规律.结果表明,在小浪底水库正常调度期间,小浪底站和花园口站POC含量分别为0.37~0.65 mg·L-1和1.88~6.47 mg·L-1,小浪底站POC含量明显低于同期的花园口站.在小浪底水库调水调沙期间,小浪底站和花园口站的POC含量分别为0.43~693.75 mg·L-1和6.97~210.65 mg·L-1,在水库泄水阶段小浪底站POC含量明显低于花园口站,而在水库排沙阶段小浪底站POC含量又明显高于花园口站.小浪底站和花园口站全年POC输送量分别为53.2万t和49.2万t,其中,7—8月POC输送量最多,小浪底站7—8月POC输送量占全年POC输送量的97.5%,花园口站7—8月POC输送量占全年POC输送量的78.2%.小浪底水库"水沙调控"对黄河POC输送的影响明显不同于其他河流上的水库,它不仅拦蓄上游输送的POC,而在特定时间又将拦蓄水库中的POC大量排出水库.     

小浪底水库水沙调控影响下的黄河DIC输送特征

于2011年11月~2012年10月在黄河花园口水文站进行每月1次的周期性采样观测,并在2012年小浪底水库调水调沙期间在花园口站和小浪底站进行连续采样观测,分析了在小浪底水库水沙调控影响下黄河DIC的输送规律。结果表明,在小浪底水库正常调度期间花园口站DIC含量在24.4~31.6mg/L之间,平均26.8mg/L;并且有明显的季节变化,6~8月DIC含量明显高于其他月份。在小浪底水库调水调沙期间,花园口站DIC含量为30.2~38.5mg/L,并且表现为水库排沙阶段的DIC含量明显高于水库泄水阶段的DIC含量。花园口站全年DIC输送量为79.98万t;其中6月DIC输送量最大,约占全年DIC输送量的16.2%,2月DIC输送量最小,仅占全年DIC输送量的2.4%。     

小浪底水库影响下的黄河花园口站和小浪底站pCO2特征及扩散通量

于2011年11月至2012年10月在黄河小浪底站和花园口站进行连续采样分析,根据亨利定律计算出表层水体二氧化碳分压(p CO2),研究了在小浪底水库"水沙调控"的影响下黄河花园口站和小浪底站表层水体p CO2特征及水-气CO2通量.结果表明,在小浪底水库正常调度期间,小浪底站表层水体p CO2在82~195 Pa之间,花园口站表层水体p CO2在99~228 Pa之间,且花园口站表层水体p CO2均高于同期的小浪底站;在小浪底水库调水调沙期间,两个水文站均表现为水库泄水期间的表层水体p CO2明显低于水库排沙期间的表层水体p CO2.无论是在小浪底水库正常调度期间还是在调水调沙期间,两个水文站表层水体p CO2均与DIC含量呈现显著的正相关关系.8、9月Ep CO2/AOU的比值高于生物好氧呼吸作用控制水体p CO2的理论下限0.62,因此8、9月生物好氧呼吸作用对水体p CO2的贡献比较明显.从全年来看小浪底站和花园口站平均水-气CO2扩散通量分别为0.486μmol·(m2·s)-1和0.588μmol·(m2·s)-1;在水库正常调度期间花园口站水-气CO2扩散通量明显高于同期的小浪底站;在小浪底水库调水调沙期间两个水文站均表现为水库泄水期间的水-气CO2扩散通量明显低于水库排沙期间的水-气CO2扩散通量.     

2015年调水调沙期间黄河悬浮颗粒Pb及其稳定同位素组成变化

通过对2015年黄河调水调沙期间利津水文站悬浮泥沙以及小浪底水库表层沉积物的分析,研究了调水调沙期间黄河入海泥沙中Pb元素的含量及同位素组成的变化特征,探讨了其物质来源及对调水调沙进程的响应.结果表明,调水调沙期间黄河入海泥沙Pb元素含量为18.09~28.35μg/g,平均为21.64μg/g,稳定同位素²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb为0.8367~0.8481,²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb为2.0839~2.0997,与黄土等物质较为接近.Pb含量及稳定同位素组成在调水调沙前、后期均较高,而在调水调沙中间主要时段则较低.利津站悬浮泥沙及小浪底水库沉积物中Pb同位素组成均符合黄河源Pb演化规律,但小浪底水库沉积物Pb元素含量较高,部分站位受到了人类活动的影响.调水调沙进程对该期间黄河入海泥沙Pb的变化及来源有着显著影响,在调水调沙前期和后期,水沙通量小,洪水对下游河床冲刷作用弱,Pb受到中上游沉积物来源影响,导致含量和同位素组成较高.在调水调沙中间的主要时段,利津悬浮泥沙与小浪底水库沉积物显著不同,Pb主要来自洪水对下游河床的冲刷,以自然来源为主,未受到人类活动影响.     

2015年调水调沙期间黄河悬浮颗粒Pb及其稳定同位素组成变化

通过对2015年黄河调水调沙期间利津水文站悬浮泥沙以及小浪底水库表层沉积物的分析,研究了调水调沙期间黄河入海泥沙中Pb元素的含量及同位素组成的变化特征,探讨了其物质来源及对调水调沙进程的响应.结果表明,调水调沙期间黄河入海泥沙Pb元素含量为18.09～28.35μg/g,平均为21.64μg/g,稳定同位素207Pb/206Pb为0.8367～0.8481,208Pb/206Pb为2.0839～2.0997,与黄土等物质较为接近.Pb含量及稳定同位素组成在调水调沙前、后期均较高,而在调水调沙中间主要时段则较低.利津站悬浮泥沙及小浪底水库沉积物中Pb同位素组成均符合黄河源Pb演化规律,但小浪底水库沉积物Pb元素含量较高,部分站位受到了人类活动的影响.调水调沙进程对该期间黄河入海泥沙Pb的变化及来源有着显著影响,在调水调沙前期和后期,水沙通量小,洪水对下游河床冲刷作用弱,Pb受到中上游沉积物来源影响,导致含量和同位素组成较高.在调水调沙中间的主要时段,利津悬浮泥沙与小浪底水库沉积物显著不同,Pb主要来自洪水对下游河床的冲刷,以自然来源为主,未受到人类活动影响.     

调水调沙对黄河下游颗粒有机碳输运的影响

流域内各种自然过程及人为活动对河流有机碳的输运都会产生影响,而正确认识河流有机碳的输运过程是全球碳循环研究的重要方面.于2012年调水调沙期间(6月19日至7月20日)在黄河利津采集了表层悬浮颗粒物,进行了粒度组成、颗粒有机碳(particulate organic carbon,POC)及其稳定同位素丰度(δ13C)等参数的分析,用来研究调水调沙期间POC的来源、组成和丰度的变化规律与影响因素.结果表明,2012年黄河调水调沙可以根据径流量和输沙量的变化分为排水和排沙两个阶段,这两个阶段黄河水沙及POC和δ13C的变化,体现了调水调沙对颗粒物及其赋存有机碳来源的影响.排水阶段径流量高达4 270 m3·s-1,下游河道被冲刷,使底层泥沙再悬浮,因此这一阶段颗粒物粒径较粗(平均中值粒径13.9μm),有机碳含量较低(平均0.38%),δ13C偏正且稳定(-24.2‰±0.3‰),可能与底层泥沙中POC年龄较老、降解程度高有关;排沙阶段含沙量大(可达17.8 kg·m-3),颗粒物较细(平均中值粒径5.9μm),有机碳含量较高(平均0.50%),δ13C偏负且波动较大(-24.8‰±0.6‰),这与颗粒物主要来自上游水库和下游暴雨冲刷河岸,POC相对新鲜有关.2012年调水调沙期间POC日通量与输沙量的变化一致,总输送量约为1.13×105t,占全年POC输送量的12%.与往年相比,2012年黄河调水调沙时期径流量增大,但输沙量和POC通量有所减小.由此可见,调水调沙对黄河颗粒有机碳的输运有重要影响,而颗粒有机碳在调水调沙期间不同阶段也有明显不同的来源、组成和输运模式.     

调水调沙对黄河下游营养盐变化规律的影响

根据黄河首次调水调沙期间(2002年7月)和2002年在黄河利津站对营养盐的月际观测结果,系统分析了2002年黄河首次调水调沙期间黄河利津站和全年溶解无机态营养盐的变化,讨论了营养盐与水情要素之间的相互关系,计算了调水调沙期间及全年营养盐入海通量,并和历史资料作了比较.结果表明,调水调沙期间NO_3~-N、NO_2~--N、NH_4~+-N浓度的变化范围分别为169.3～273.2、 0.08～0.84、 1.39～5.04 μmol·dm~(-3),平均浓度分别为218.6、 0.16、 2.27 μmol·dm~(-3);PO_4~(3-)-P、 SiO_3~(2-)-Si浓度的变化范围为0.36～0.56、 161.4～195.8 μmol·dm～-3,平均浓度分别为0.48、 166.7 μmol·dm~(-3).在调水调沙期间,NO_3~--N浓度与水量无显著相关性,PO_4~(3-)-P浓度与水沙均无显著相关性,而SiO_3~(2-)-Si浓度与沙量呈显著正相关.与历史资料相比,调水调沙对黄河下游溶解态无机营养盐浓度在全年的变化规律并无明显影响.但黄河首次调水调沙短短不到一个月的时间,所输送的营养盐通量便占到当年输送通量的一半左右.调水调沙对营养盐输送通量在年内的分配产生重大影响,使得黄河营养盐向河口的输送非常集中.     

调水调沙对黄河口及邻近海域溶存甲烷的影响

于黄河第9次调水调沙期间在黄河下游垦利站开展调查,分析了调水调沙对黄河溶存甲烷浓度分布及黄河甲烷年入海通量的影响.于2009年6~7月黄河调水调沙前、中、后期对黄河口及邻近海域开展调查,探讨了调水调沙对黄河口甲烷分布的影响.结果表明:调水调沙期间黄河垦利站甲烷浓度变化范围为9.89~205.34nmol/L,与径流量和悬沙含量呈正相关,表明甲烷主要来源于河床底层浮泥的释放.调水调沙期间黄河向渤海输送的甲烷约为2.2×105mol,约占2009年黄河向渤海输送甲烷总量的50%,调水调沙对甲烷输送通量在年内的分配有较大影响.黄河口及其邻近海域的三次调查结果显示甲烷浓度范围为3.71~37.77nmol/L,受黄河冲淡水影响较大.据估算黄河口甲烷的饱和度为(649.7±292.1)%,黄河口及其邻近海域是大气甲烷的净源.     

小浪底水库水沙调控期滨河湿地地下水与河水转化关系

以小浪底水库下游武陟湿地为研究区,综合运用数理统计、水文地球化学和同位素技术相结合的方法,研究了小浪底水库水沙调控期滨河湿地地下水与河水转化关系.结果表明,小浪底水库调水调沙期间下游水体阳离子以Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺为主,阴离子以HCO₃^-为主.调水调沙初期河水水化学类型为HCO₃-Na·Ca·Mg型,地下水水化学类型为HCO₃-Ca·Mg·Na型;调水调沙中期和末期河水均为HCO₃·SO₄-Na·Mg型,地下水均为HCO₃-Na·Mg型.水库水沙调控过程中,水体的水化学组分从受碳酸盐和硅酸盐矿物溶解的共同作用过渡到以碳酸盐岩溶解为主.随着调水调沙的进行,河水与近岸带地下水的氢氧同位素组成逐渐富集,表明河水来源于上游水库表层水和大气降水,地下水则受到河水与大气降水的共同补给.在上游来水与水文地质条件等因素影响下,滨河湿地地下水与河水之间的转化主要发生在近岸带（距离河岸0~100 m内）,表现为河水补给地下水,随着调水调沙的进行,河水对地下水的补给增强.     

长江河口水库沉积物磷形态、吸附和释放特性

为了对长江河口青草沙水库沉积物磷形态分布、磷吸附特性和磷释放特性进行分析,2011年4月~2012年1月对沉积物进行实地调查分析.磷形态分析结果表明沉积物总磷含量范围为535.07~910.9 mg·kg-1,以无机磷为主,有机磷含量相对较低.无机磷主要以钙结合态的磷存在,钙结合态磷占总磷的75.57%.磷吸附特性结果表明沉积物磷的等温吸附特征符合修正的Langmuir模型,沉积物磷的最大吸附量为9.78~39.84 mg·kg-1,沉积物-水界面平衡浓度EPC0(equilibrium phosphorus concentration)范围为0.024~0.12 mg·L-1,均高于上覆水体中相应的磷含量,因此,沉积物有向上覆水体释放磷的趋势.磷的释放特性结果表明沉积物最大释放量为11.03 mg·kg-1,在6 h左右达到最大值.沉积物磷释放量来自沉积物的铁/锰结合态的磷、钙结合态磷和有机磷,其中,铁/锰结合态磷和沉积物释放量呈相关性(P0.01).总体上,青草沙水库沉积物呈现释放状态,影响水库水体磷含量.     

峡谷型水源水库的氮、磷季节变化及其来源分析

石砭峪水库总氮(TN)和总磷(TP)的质量浓度均值分别为2.67 mg.L-1和0.04 mg.L-1,其在丰水期最大,平水期次之,枯水期最小;水库富营养化严重,叶绿素a含量和藻细胞密度分别高达50 mg.m-3和10 000×104cells.L-1.水库TN的年输入和输出负荷分别为203.1 t和181.3 t,而TP的年输入和输出负荷分别为4.2 t和4.1 t;外源输入水库的TN和TP负荷均占各自总输入负荷的90%以上;就全年而言,水库沉积物表现为蓄积作用,TN和TP年净积累量分别约为20.2 t和0.8 t;内源污染控制是水库污染控制的关键.     

典型岩溶地区岩溶泉溶解性碳浓度变化及其通量估算

溶解性无机碳(DIC)和溶解性有机碳(DOC)是岩溶作用、碳汇与碳循环研究的重要指标.为增进对小流域岩溶泉DIC和DOC运移特征的认识,提升离散、有限的水质监测数据条件下碳通量的估算精度,研究了贵州普定陈旗岩溶泉DIC和DOC浓度的变化特征,采用LOADEST模型建立了估算DIC和DOC日通量的回归方程,并估算了陈旗岩溶泉的岩溶碳汇强度.结果表明,陈旗岩溶泉DIC和DOC的浓度分别为16. 47～42. 31 mg·L~(-1)和0. 87～6. 89 mg·L~(-1),它们分别随瞬时径流量的增加呈指数减小和增加.从LOADEST模型构建的回归方程可知,DIC日通量主要受径流量的影响,DOC日通量受径流量和时间的影响;陈旗岩溶泉DIC和DOC的估算通量分别为9 490. 01 kg·a~(-1)和1 704. 87 kg·a~(-1),陈旗岩溶泉的岩溶碳汇强度为3. 40 g·(m~2·a)~(-1). LOADEST模型是低频率水质监测条件下估算岩溶泉DIC和DOC通量的有效工具.     

三峡库区水体中可溶性C、N变化及影响因素

为了解三峡库区水体中可溶性C、N的变化,本研究于2011年3月至2012年8月在三峡水库涪陵段进行了每周一次的水样采集,分析其中可溶性C、N成分的变化及其来源特征.结果表明,库区水中DOC浓度范围为0.64~9.07 mg·L~(-1),且有明显的季节变化,表现为:夏季春季、秋季冬季,DOC年入库总量为1.78×109kg,入库量具有与浓度相似的季节变化趋势;DTN的浓度范围为2.59~4.35 mg·L~(-1),春季冬季夏季秋季,年入库总量为1.32×109kg,入库量的季节变化特征:夏季秋季春季冬季,其中DON、NO-3-N分别占DTN的30.35%~63.45%、35.87%~67.72%.DOC受降水和温度的影响明显,水中DOC主要来自外源输入,春季、夏季降雨径流其外源输入量增加,而秋季、冬季则内源贡献有所增加;DTN受人为排放和水体稀释的影响相对较大.相关分析表明,DOC与DON呈显著负相关(P0.05),通常以DOC/DON比值反映水中DOM的来源,库区DOC/DON范围为0.35~7.28,DOM来源具有明显的季节特征.夏季DOC/DON较高,DOM主要来自流域侵蚀;冬季DOC/DON较低,DOM主要来自生活污水排放和内源现场产生;春季、秋季DOC/DON介于两者之间,DOM来源包括流域侵蚀、生活污水排放及现场产生等.     

台州长潭水库铁锰质量浓度变化特征及其成因分析

2013年1月以及4~12月对浙江省台州市长潭水库库区及其入库河流进行调查,同时结合历年监测数据,考察了水源水库中铁、锰质量浓度的变化特征,并依据水库水体温度、溶解氧(DO)随水体深度的变化,探讨了铁、锰超标的成因.结果表明,长潭水库水体中铁锰质量浓度季节性变化特征明显,铁、锰质量浓度在6~8月较高,水库出水口处历年最高值分别为2.38 mg·L-1和1.24 mg·L-1.铁、锰质量浓度超出《地表水环境质量标准》(GB 383822002)中0.3 mg·L-1和0.1 mg·L-1限值的情况主要发生在5~10月,2013年水库出水口处铁锰峰值分别超标5.6倍和12.4倍.入库河流铁锰质量浓度最高值分别为0.89 mg·L-1和0.56 mg·L-1,均小于同期水库出水口处铁锰质量浓度,综合分析表明外源污染并非库区水体铁锰的主要来源.7月铁锰在水库底层的质量浓度达到最大,分别为2.42 mg·L-1和1.20 mg·L-1.水体温度、溶解氧以及铁锰质量浓度在夏季的垂向分布特征表明水体热分层引起的季节性缺氧导致了沉积物中铁锰的释放,热分层效应引发的内源污染是库区水体铁锰超标的直接原因.水源水库铁锰污染的控制应该采用高效直接的原位水质改善和修复技术.     

周村水库主库区热分层初期氮素降低的驱动因子分析

为了探究周村水库热分层前期氮素的变化趋势及其驱动因子,于2016年2~4月定期对周村水库主库区进行水质指标监测,并在采样点采集新鲜水样和表层沉积物,实验室模拟水库氮素变化过程中,水体和沉积物的反硝化作用量.结果表明周村水库在热分层初期,库区总氮浓度由(2.28±0.09)mg·L~(-1)降至(1.08±0.09)mg·L~(-1),硝氮浓度由(1.66±0.09)mg·L~(-1)降至(0.25±0.06)mg·L~(-1),氨氮浓度总体变化不大,亚硝氮的浓度几乎不变.与此同时,叶绿素没有明显增加,藻类的影响不大;氮素降低主要由于好氧反硝化菌的反硝化作用造成.热分层初期水库的温度逐渐增加、DO、pH的变化以及以小分子量为主的有机物组成均利用好氧反硝化菌的生长繁殖,菌数从1.06×105cfu·L~(-1)增加到8.33×106cfu·L~(-1),使得水库的反硝化作用增强,水库氮素下降;与此同时的模拟实验中,仅有水体好氧反硝化菌作用时,培养瓶的总氮去除量为0.7 mg,水体和表层沉积物共同作用时,总氮去除量为3.3 mg,水体与表层沉积物的反硝化去除氮量之比大体为1∶4,表层沉积物的反硝化作用是水库氮素去除的重要因素.     

江西香溪流域干湿季交替下底泥氮释放机制及其对流域氮输出的贡献

本研究通过对江西千烟洲香溪流域的氮输出进行长期监测,并对该流域内的底泥进行基于正交试验的氮释放规律模拟研究,评估干湿季节交替下底泥氮释放对流域氮输出的贡献.结果表明:1流域底泥在静态下TN释放速率最大值为36mg·(m2·d)-1,且随着时间的延续释放速率不断变小;2对底泥氮释放影响的主次顺序为:温度扰动p H,如将扰动视为误差项,温度和p H对底泥氮释放的影响均为极显著;3 TN释放速率与温度成正比例关系,随着温度升高,释放速率增大;酸性和碱性条件均能促进底泥氮释放,且酸性条件的促进作用更强;4流域底泥TN和有效氮含量变化范围分别为:414.7~899.6 mg·kg-1和17.5~58.9 mg·kg-1,有效氮占TN的质量分数为3%~10%;5流域在旱季TN输出浓度范围为0.58~2.40 mg·L-1,在雨季TN输出浓度范围为1.73~4.87 mg·L-1;流域底泥的氮释放通量约为106.34 kg·a-1,流域氮输出总量为864.15 kg·a-1,底泥的氮释放对流域水体氮输出的贡献率约为12.31%,底泥氮释放对流域水体富营养化的贡献应引起重视.     

澜沧江流域沉积物间隙水-上覆水营养盐特征与交换通量分析

为分析澜沧江梯级水库建设对澜沧江流域沉积物-水界面交换过程的影响,于2016年2~3月对澜沧江云南段间隙水-上覆水氮、磷营养盐进行了调查与分析.结果表明,澜沧江自然河道沉积物间隙水总氮(TN)均值为15.254 mg·L~(-1),显著高于水库均值6.577 mg·L~(-1);但其总磷(TP)均值为0.654 mg·L~(-1),低于水库区域的1.432 mg·L~(-1).澜沧江流域沉积物间隙水氮、磷浓度均高于上覆水浓度,上覆水-间隙水垂向TN浓度在表层沉积物处达到最大值,且自然河道总溶解氮(DTN)扩散通量均值为2.117 mg·(m~2·d)~(-1),高于水库的均值0.785 mg·(m~2·d)~(-1);但其总溶解磷(DTP)扩散通量为0.044 mg·(m~2·d)~(-1),低于水库的均值0.053 mg·(m~2·d)~(-1),上覆水氮盐主要来源于沉积物间隙水.澜沧江梯级水库建设导致的沉积物组成差异与水体扰动差异是间隙水-上覆水界面交换差异的主要原因.     

汞在小浪底水库的赋存形态及其时空变化

为了解小浪底水库汞的赋存状况,采用冷原子荧光光谱法测定了小浪底水库水体、表层沉积物、沉积物间隙水以及鱼类肌肉样品中的总汞,采用乙基化衍生-气相色谱-原子荧光法测定了上述样品中的甲基汞,进而分析了小浪底水库鱼体中汞的富集状况.结果表明,小浪底水库水体中丰、枯水期总汞浓度分别为0.71~1.42 ng·L-1和0.90~2.49 ng·L-1,均符合国家地表水环境质量标准(GB 3838-2002)一类水汞浓度标准限值,水样中未检出甲基汞.丰、枯水期沉积物中总汞浓度分别为51.74~90.42 ng·g-1和95.66~172.52 ng·g-1,甲基汞浓度分别为0.09~0.26 ng·g-1和0.18~0.39 ng·g-1,甲基汞浓度较低,这可能与水体底层溶解氧浓度较高以及沉积物中有机碳浓度较低有关.丰、枯水期沉积物间隙水总汞浓度分别为4.27~9.49 ng·L-1和5.46~41.04 ng·L-1,甲基汞浓度分别为0.09~0.99 ng·L-1和0.07~1.01 ng·L-1,间隙水中总汞和甲基汞浓度明显高于上覆水体,与水体间存在汞浓度梯度,可能存在从沉积物间隙水向水体中的扩散.鱼体肌肉总汞浓度在43.47~304.98 ng·g-1之间,甲基汞浓度为10.77~265.23 ng·g-1,甲基汞低于食品安全国家标准规定的污染物限量(GB 2762-2012)(非肉食性鱼500 ng·g-1和肉食性鱼1 000 ng·g-1).水库鱼体总汞的生物富集系数分别为鳙鱼1.3×105,梭鱼9.3×104,鲫鱼4.7×104,白条5.0×104,黄颡鱼1.7×105,弓鱼3.9×104.