SWB-1型便携式湖泊沉积物─界面水取样器的研制

在湖泊环境的研究中，采到保持原状的沉积物─水界面样品是一项基本工作。根据国外有关资料，在前期研制的沉积物─水界面采样装置的基础上，研制成功了一种新型湖泊沉积物─水界面取样器。本取样器由四部分组成，即连接构件、配重、悬挂密封机构和取样管。取样器是靠自重插入湖泊沉积层，悬挂密封机构将样品封闭于取样管内。本取样器能在深水湖泊中取到30～50cm的湖底沉积物柱及10～30cm的界面水柱。整个取样器重量轻（只有7.5kg），易于携带和野外操作，并配有野外分样装置。本取样器是一种经济有效的湖泊沉积物─水界面取样器，适合于各种环境研究监测部门使用。     

SW-Shollow-1型浅水水体沉积物界面水采样器的研制

无扰动的完整的水体沉积物 -界面水柱状样品的获取是提取沉积物记录的环境信息、研究沉积物-水界面物质迁移传输的地球化学过程原理的一项基本工作。本文介绍了一种新研制的用于 5m以下深度的浅水水体沉积物 -界面水采样器 ,该采样器由手柄杆、取样管、分样顶托三部分组成 ,具有体积小、重量轻、材料廉价易得、加工简单、操作方便等特点 ,并且可以获取足够厚度的沉积物层和直径较大的柱状样 ,在运河(杭州段 )和杭州西湖沉积物 -界面水样品采集中 ,成功地获取了 40～ 70cm沉积物柱样和 30～ 6 0cm界面水样 ,是一种经济有效的浅水水体沉积物 -界面水采样工具。     

太湖不同介质电导率时空变化特征

电导率是表征水体溶解性固体物质或盐度的重要参数,也是水体常规监测参数之一.为揭示太湖不同介质电导率的时空变化特征,对太湖水体水质历史数据(1980～2009年)以及近10年来野外监测数据(2009～2018年)进行统计分析.结果表明,近40年来太湖水体电导率呈显著上升趋势,并在1996～1997年发生突变.太湖水体电导率由1980～1996年的(239. 43±70. 60)μS·cm~(-1)增长到目前的(477. 31±23. 47)μS·cm~(-1),年均增长率10. 40μS·(cm·a)-1;空间上,西北湖区水体电导率显著高于东南湖区;水体电导率变化以主要离子变化为主导,氮营养盐的贡献基本可忽略;流域人类活动是引起水体电导率变化的主要因素.此外,太湖水体电导率受季节性径流的影响更为显著.与湖水电导率变化规律相比,西北湖区表层沉积物、孔隙水(0～10 cm)电导率均低于东南湖区,深层( 10 cm)则相反.剖面上,西北湖区表层沉积物、孔隙水(0～10 cm)电导率和深层( 10 cm)无显著差异,但东南湖区表层沉积物、孔隙水(0～10 cm)电导率高于深层( 10 cm).沉积物电导率与有机质呈显著正相关(P 0. 01),与p H呈负相关(P 0. 05),表明有机质对金属离子活化迁移具有明显的促进作用,而酸性环境下更有利于离子的活化.对不同介质间电导率分析发现,表层沉积物和孔隙水(0～10 cm)电导率均与上覆水电导率呈显著正相关(P 0. 01),而深层( 10 cm)沉积物及孔隙水电导率与上覆水电导率没有相关性,表明表层沉积物和孔隙水(0～10 cm)对上覆水电导率有明显影响.此外,整个剖面上(0～50 cm)沉积物电导率和孔隙水电导率呈显著正相关(P 0. 01),说明沉积物和孔隙水之间进行着比较充分的离子迁移交换,两者之间的相互影响总体上高于对上覆水的影响.     

湖泊沉积物孔隙水磷酸盐含量原位监测技术研究进展

传统的沉积物孔隙水磷酸盐含量测定方法通常是采用离心法获取沉积物柱芯孔隙水,然后再进行磷酸盐含量测定。这种常规测定方法不仅破坏了沉积物的原本物理化学结构,而且分样间距多为厘米级,无法满足沉积物-水界面磷酸盐的高分辨率分布特征研究和释放通量的高精度估算要求。为克服传统监测技术破坏系统原始状态和分辨率低的弊端,近年来沉积物孔隙水磷酸盐原位监测技术迅猛发展,较为成熟的有透析装置技术(Dialysis peepers)、薄膜扩散平衡技术(Diffusive equilibrium in thin-films technique,DET)和薄膜扩散梯度技术(Diffusive gradients in thin-films technique,DGT)等。本文综述了透析装置技术、薄膜扩散平衡技术和薄膜扩散梯度技术的基本原理和应用实例,对比分析了他们各自的优缺点和发展应用前景。DGT作为一种新型、廉价的原位被动采样技术,具有原位和高分辨率监测的优点,被广泛应用于水体、沉积物和土壤等研究,在获取沉积物孔隙水磷酸盐含量及时空分布特征等方面优势突出。如何延长DGT胶体的使用寿命、提高监测的空间分辨率和实现多元素同步监测是其主要发展方向。大量研究表明,沉积物内源磷释放与沉积物中Fe-S的耦合循环存在密切联系,深入了解湖泊沉积物P-Fe-S的耦合生物地球化学循环过程是揭示湖泊内源磷释放机制的一把钥匙。快速发展的薄膜扩散梯度(DGT)技术及其与DET技术联用无疑为P-Fe-S耦合循环研究提供了有效手段,亟待在不同类型湖泊中应用和完善,为深刻揭示P-Fe-S耦合循环过程与机制提供独特信息。     

南四湖湿地沉积物及孔隙水基本特性研究

利用平衡式孔隙水采样技术Pore Water Equilibrators(Peeper)来获得沉积物的孔隙水剖面,研究了南四湖湿地芦苇、香蒲沉积物的理化性质对孔隙水营养盐的垂向分布特征及其扩散通量的影响.结果表明,通过种植芦苇和香蒲,沉积含水量、孔隙度及交换态的氨氮、硝态氮含量均较无植物的对照区有明显提高.在2～5cm亚表层,芦苇区和香蒲区孔隙度分别提高了57.5%和34.6%.在沉积物-水界面附近,孔隙水中氨氮和可溶性磷酸盐浓度随剖面深度的增加呈指数关系增长,在沉积物6～8cm左右达到最大值.运用Fick第一定律对孔隙水营养盐的扩散通量进行估算,发现芦苇较香蒲更能有效地抑制孔隙水中氨氮的再次释放,从对照区的最高值3.57～4.48mg/(m2.d)降低0.90～1.24mg/(m2.d);磷酸根扩散通量3个区域的数值相差不大,在0.02～0.04mg/(m2.d)间波动;硝态氮3个区域均表现为上覆水向间隙水中扩散.相关分析结果表明,沉积物中交换态营养盐含量与孔隙水中含量呈显著正相关关系,因此控制营养盐的可交换态含量可能是防止湿地沉积物营养盐二次污染的有效途径之一.     

重庆园博园龙景湖新建初期内源氮磷分布特征及扩散通量估算

采集重庆园博园龙景湖不同区域沉积物样柱,分析沉积物上覆水和孔隙水中氮磷垂直分布特征,并利用一维孔隙水扩散模型(Fick定律)来估算氨氮和正磷酸盐的扩散通量和年负荷贡献量.结果表明,龙景湖沉积物-水界面氨氮从上覆水到孔隙水在垂直剖面上总体都呈现出增大趋势;表层(0~5 cm)沉积物孔隙水中氨氮平均浓度为6.13 mg·L-1±3.07 mg·L-1,是上覆水氨氮平均含量10倍.正磷酸盐垂直分布特征总体表现为先增大再减小,在表层孔隙水出现极大值;沉积物孔隙水中正磷酸盐平均浓度为2.01 mg·L-1±1.05 mg·L-1.所有区域氨氮均表现为由沉积物向上覆水释放,新增淹没区库湾区域氨氮扩散通量低于6.0 mg·(m2·d)-1,龙景沟水库、龙景湖主湖原有湖区氨氮扩散通量分别高达47.19 mg·(m2·d)-1、40.29mg·(m2·d)-1.原有湖区正磷酸盐表现为由沉积物向上覆水释放,扩散通量仍以龙景湖主湖及龙景沟水库最大,为7.89mg·(m2·d)-1、6.13 mg·(m2·d)-1.新增淹没区的河道、库湾及赵家溪部分区域正磷酸盐却表现为由上覆水向沉积物中扩散,扩散通量为-1.93~-2.78 mg·(m2·d)-1.整个湖区氨氮年负荷贡献量为3.95 t·a-1,新增淹没区贡献率为85%;正磷酸盐年负荷贡献量为0.357 t·a-1,新增淹没区贡献率为72%.     

香港河流及近海表层沉积物和孔隙水的毒性研究

采集并测定了香港重点监测河流河口及近海处的表层沉积物、孔隙水样品的理化特征及生物毒性；对比了沉积物与孔隙水、孔隙水与上覆水、经过不同处理的孔隙水以及加入重金属前后沉积物与孔隙水的毒性，并进行了浸提实验及其毒性测定，研究结果表明，当重金属的含量很低时，沉积物孔隙水中硫化物和非离子氨可能是引起孔隙毒性的最主要因素；在SEM／AVS小于1的情况下，沉积物的毒性与SEM／AVS的值无关，其毒性取决于沉积物中AVS及其他有机物的含量；浸提实验由于破坏了沉积物中的硫化物可能无法反映真实毒性。     

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.     

红枫湖后午沉积物磷形态与生物有效磷的垂向分布及疏浚深度推算

以贵州红枫湖后午重污染沉积物为研究对象,对沉积物柱芯按每2cm分层,研究了沉积物中含水量、孔隙度、磷形态与生物可利用磷的垂向分布规律,并推算出污染沉积物的环保疏浚深度。结果表明,含水量和孔隙度在沉积物上部30cm内递减,30cm往下剧减。沉积物中不同磷形态、生物有效磷的垂向分布规律相似,分别在6～12cm和15～16cm两个层段出现了转折,在底部30cm后趋于稳定。沉积物表层16cm中NaOH-P和有机磷含量的剖面变化,反映了红枫湖近20年来水环境富营养化的演变过程。根据含量拐点法和环保疏浚经济成本的考虑,可将后午区域疏浚层的深度定为30cm。     

太湖内源营养盐负荷状况及其对上覆水水质的影响

以太湖沉积物-上覆水界面为研究对象,于2013年夏季采集46个样点的沉积物柱状样,分析表层沉积物孔隙水中营养盐(正磷酸盐、氨氮、硝氮)的浓度空间分布,估算表层沉积物中磷、氮的扩散通量,明确营养盐在沉积物-水界面的分布规律,以探明内源营养盐负荷对太湖上覆水的污染贡献,并为沉积物-水界面氮磷的转移过程理论补充证据.结果表明:太湖西北部区域的表层沉积物孔隙水中正磷酸盐和硝氮浓度较高,分别达到1.11 mg·L~(-1)和1.25 mg·L~(-1)以上;大部分湖区的氨氮浓度超过2 mg·L~(-1).全湖区范围内,从表层沉积物的上覆水到孔隙水,氨氮含量呈现升高趋势而硝氮含量呈现降低趋势.北部3个湖湾区的沉积物营养盐扩散通量最高,正磷酸盐为2.69~4.60 mg·m~(-2)·d~~(-1),氨氮为17.8~45.7 mg·m-2·d~(-1),而湖岸河口区是沉积物硝氮内源释放显著的区域.沉积物向上覆水释放正磷酸盐和氨氮的年内源污染负荷分别为64.6 t·a~(-1)和1756 t·a~(-1);而上覆水向沉积物汇入硝氮的年负荷为1102 t·a~(-1).氨氮的内源污染负荷与外源污染负荷之比高达18.7%,氨氮、总磷和总氮内源污染为上覆水贡献的浓度分别为0.361、0.013和0.134 mg·L~(-1),表明自由扩散带来的内源负荷会使太湖水中营养盐污染恶化,需引起重视.     

象山港海洋病毒时空分布特征及其环境影响因素

分别于2007年的7月(夏季)、11月(秋季)与2008年的1月(冬季)、4月(春季)采集样品,研究了象山港海域的水样(表层海水和上覆水)中的浮游病毒及沉积物中的底层病毒丰度的时空分布特征,并采用主成分分析及多元逐步回归分析方法研究了影响浮游病毒丰度时空分布的主要因素,结果表明,调查期间象山港海域表层海水、上覆水及沉积物样品中浮游(底层)病毒丰度实测值的变化范围为6.48×104~1.01×108cells/mL,均值分别为1.55×107,1.03×108,1.13×108cells/mL.季节分布特征为秋季 > 夏季 > 春季 > 冬季.病毒丰度垂直分布表现为上覆水均大于表层海水;平面分布均为从港底到港口递减、养殖区高于非养殖区、电厂附近海域出现较高值的趋势.近岸人类活动的陆源污染及水产养殖污染是造成此空间分布特征的主要原因.溶解氧、水温及叶绿素a是制约表层海水浮游病毒丰度的主要影响因素;营养盐含量及浮游细菌丰度是制约上覆水中浮游病毒丰度的主要影响因素,沉积物中的病毒丰度与细菌丰度具有显著正相关性(P < 0.01).     

城市降雨径流监测自动采样技术研发与应用

海绵城市建设效果评估需要对海绵设施和不同尺度区域的径流过程进行水质监测采样。现有的采样方法和设备难以自动采集到径流产生初始阶段的水样。研发了一套包含无电力驱动天然降雨自动采样器、"零捕获"下垫面径流过程水质监测自动采样终端、智能型自动水质监测采样器等设备的城市降雨径流水质监测自动采样技术,解决了全天候、自动采集天然降雨和径流过程最初水样的难题,并可记录采样过程的具体时间。实际应用表明,该套技术可操作性强,性能可靠,能为相关科学研究和监测评估提供参考。     

长江武汉段水体邻苯二甲酸酯分布特征研究

分别采集了丰水期和枯水期时长江武汉段30个点位上的河水和沉积物样品,用气相色谱法对样品中的邻苯二甲酸酯类(PAEs)含量进行测定,分析其在长江武汉段水体中的分布特征.结果表明,[1]丰水期时支流和湖泊水中PAEs浓度范围为0.114～1.259 μg/L,枯水期时为0.25～132.12 μg/L.丰、枯水期干流水相中PAEs的浓度范围分别为0.034～0.456 μg/L和35.73～91.22 μg/L,均有沿程升高的趋势.[2]枯水期支流和湖泊沉积相中PAEs浓度范围为6.3～478.9 μg/g,邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯(DEHP)有由水中向沉积物中迁移的较强趋.丰、枯水期干流沉积相中PAEs浓度范围分别为151.7～450.0 μg/g和76.3～275.9 μg/g;丰水期时DBP由沉积相向水相迁移,枯水期时DEHP在沉积物中未达到吸附最大.[3]5种被研究的邻苯二甲酸酯类化合物中, DBP和DEHP是主要污染物,国家地表水环境质量标准规定这2种物质的标准限值分别为0.001、0.004 mg/L,丰水期时所有的干支流均符合此标准,枯水期时干支流超标率为82.4%.[4]长江武汉段PAEs污染水平与意大利Velino河以及黄河中下游水体相近,但丰水期时水相PAEs含量远低于国内外一般水平.     

人工粘土层在枯水期对小清河氧化塘底质水盐运动的抑制模拟研究

利用实验室土柱模拟装置对枯水条件下盐渍地区氧化塘不同底质土壤结构的水盐运移状况进行了定性模拟研究,结果表明,原底质均质白汤土输水能力较大,蒸发较易发生,因而带动盐分在塘底表面大量累积,维持该水盐运移的最大吸力值为１２０ｃｍ,而经人工改造后,表层有３０ｃｍ粘土覆盖的土壤层结构对水盐运移有强烈的抑制作用,在模拟３个月的蒸发时间内表面没有盐分累积。     

基于原位被动采样技术研究巢湖沉积物和水体中PAHs的垂直分布及其界面交换

沉积物-水体界面处分子扩散是污染物的一个重要地球化学过程,也是判断沉积物是否为上层水体中污染物汇或源的主要依据.本研究利用低密度聚乙烯膜(LDPE)为吸附相的原位被动采样器,同步确定了巢湖西半湖南淝河入湖口处不同深度的上层水体和沉积物孔隙水中13种多环芳烃(PAHs)浓度,并计算了它们在沉积物-水体界面的分子扩散通量.结果表明,3种性能参考化合物(PRCs)在上层水体中的解析速率较沉积物孔隙水中大,相应地,水体中LDPE膜对PAHs的吸附速率高于沉积物孔隙水.水体中13种PAHs总浓度(130～250 ng·L~(-1))低于沉积物孔隙水(180～253 ng·L~(-1)),且均以低环PAHs为主.2～3环PAHs浓度在上层水体中无明显的垂直变化,但4～6环PAHs浓度呈现随深度增加而降低的趋势.沉积物孔隙水中PAHs浓度的垂直变化规律反映了历史强排放过程.研究区域PAHs在沉积物-水体界面的交换通量变化范围为-384～1445 ng·m~(-2)·d~(-1),除Flu和Pyr外,其它PAHs均从沉积物向水体释放,反映了底部沉积物是上层水体中PAHs的重要二次污染源.     

北塘水库底泥盐分释放的影响因子研究

为研究北塘水库作为天津市南水北调调节和事故备用水库的水质安全性,2005年7月～2006年1月,取北塘水库0～20cm混合底泥及0～60cm的圆柱状底泥,在实验室模拟了温度变化、风浪扰动、换水、下渗等条件下底泥Cl-的释放过程和释放强度,分析了Cl-释放对水库水质的影响。结果表明,温度越高,底泥中Cl-的释放速率越快,但释放量的差别随时间变得越来越小。在扰动条件下,10d以后,0～20cm混合底泥中的Cl-几乎全部释放出来。每换一次水,底泥中Cl-的释放量都会明显下降。释放和下渗将导致水库底泥中Cl-的含量不断降低,南水北调通水后,如果能保证一定的供水频率以及换水周期,北塘水库水质将越来越好。     

Spatially resolved monitoring for volatile organic compounds using remote sector sampling

Sector sampling for volatile organic compounds (VOCs) is conducted within an integrated sampling scheme and relies on a wind direction sensor. The wind sensor directs whole air, sampled at a constant rate, into either an “IN” sector canister or an “OUT” sector canister; when the wind comes from the suspected emissions area, sample is routed into the IN sector canister; otherwise, sample is collected in the OUT sector canister. This method is analogous to “upwind/downwind” sampling but does not require two distinct sites or manual sampler control. For this set of experiments, the IN and OUT sectors were 90 and 270°, respectively, and the IN sector was centered on the VOC source. Two sampling sites were used. The first was about 2 miles north-northeast of a group of industrial facilities, and the second was located about 1 mile south-southeast of the same sources. Sites were operated concurrently with one sampler each; a third sampler was rotated between the sites to obtain duplicate samples. The air samples were analysed by gas chromatography for VOCs. The resultant data comparisons between IN and OUT duplicate samples show good correlation with expected VOC emissions, which were determined by grab samples within the target area. A t-test method for interpreting the sometimes subtle differences between IN and OUT sample data is presented.