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。     

三峡库区沉积物秋末冬初的磷释放通量估算

2010年11月～12月在三峡水库开展了沉积物内源负荷调查,对云阳等6个长江干流点和9条支流河口的沉积物-水界面正磷酸盐含量(PO34--P)进行了分析.结果表明,支流上覆水和孔隙水中PO34--P含量略高于干流,其中支流孔隙水中的含量为9.59～29.79μg.L-1,干流孔隙水中的含量为9.01～25.36μg.L-1.根据Fick第一定律公式得到郭家坝和小江河口为PO34--P的"汇",释放通量分别为-0.63 mg.(m2.a)-1和-0.60 mg.(m2.a)-1,其它区域的PO34--P均是由孔隙水向上覆水进行扩散,释放通量的范围为0.15～2.47 mg.(m2.a)-1.假设分子扩算是沉积物营养元素迁移的主要途径,库区水体混合均匀,估算出沉积物孔隙水营养元素在沉积物-水界面的扩散迁移对上覆水体的影响程度较小,仅有-0.011%～0.098%.目前三峡水库沉积物作为内源,释磷作用还未对水质产生较大影响,但不排除水库外部污染源得到控制后,三峡库区沉积物内源营养负荷的潜在释放风险.     

酸性矿山排水污染的水库水体酸化特征

矿业开发产生的酸性排水导致下游水体酸化,严重破坏水域生态平衡. 以受酸性矿山排水(Acid Mine Drainage,AMD)影响的水库水体为研究对象,通过对水库表层水、界面水和沉积物孔隙水中水质参数的变化进行分析,探讨水库水体酸化特征. 结果表明:表层水、界面水pH分别为3.22～3.38和2.70～3.02,水库上覆水体严重酸化,沿沉积物剖面向下酸化程度逐渐减弱;上游AMD在水库水体中存在自然净化过程,而表层沉积物可再次提高上覆水体酸度;沉积物孔隙水ρ(SO₄2-)极高(0.29～11.85 g/L)且在垂向剖面上变化波动较大,可能与沉积物中次生矿物的形成转化、季节及其他外界条件的变化有关.      

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%.     

蓄水前后三峡库区香溪河沉积物磷形态分布特征及释放通量估算

三峡库区汛末蓄水过程改变了支流库湾沉积物赋存环境,继而影响沉积物磷形态的分布特征和沉积物-水界面过程.本文通过对2016年8月(蓄水前)和10月(蓄水后)香溪河库湾沉积物和上覆水样品的采集分析,分析了蓄水前后库区干流和支流库湾底部沉积物磷形态分布特征及赋存的环境条件,估算了沉积物-水界面PO3-4-P交换通量.结果表明:蓄水后沉积物上覆水pH增加,碱性增强;Eh减少,还原性增强.沉积物中各形态磷相对含量由Na OH-PHCl-POP转变为HCl-POPNa OH-P,沉积环境的改变是磷形态变化的根本原因.沉积物中TP增加了1.3倍,上覆水ρ(PO3-4-P)是蓄水前3.7倍,间隙水ρ(PO3-4-P)是蓄水前8.3倍,增加了香溪河库湾沉积物营养盐释放风险.蓄水前后香溪河沉积物PO3-4-P总体均表现为"源",但PO3-4-P扩散通量由蓄水前的-0.002 9~0.005 9 mg·(m~2·d)~(-1)增加为蓄水后的0.006 7~0.107 1 mg·(m~2·d)~(-1),蓄水后香溪河库湾底部沉积物磷释放量增加.     

湖泊沉积物-水界面微量重金属扩散作用及其水质影响研究

通过对云南泸沽湖、洱海沉积物孔隙水微量重金属剖面特征及界面扩散通量的研究,定量评估了微量重金属界面扩散作用对上覆湖水水质的影响,并探讨了春季节性变化规律,结果表明,孔隙水微量重金属浓度面均呈典型的峰形分布,界面氧化还原状况的变化是影响这种分布的主要因素;微量重金属界面扩散通量在夏季明显大于冬季,深水区大于浅水区;这种擅长 用作用对湖水中微量重金属含量的变化影响较大,尤其对深度较小,水体寄宿时间长、     

河口滨岸潮滩沉积物-水界面N、P的扩散通量

选择了长江河口及上海海滨岸作为研究对象，分析了潮滩上覆水、沉积物孔隙水中营养物质N、P的含量，并初步估算了潮滩沉积物－水界面向N、P的扩散通量。上覆水中NH4^ －N含量分布在0．0082－2．56mg／L，NO2^-－N灾0．03－0．58mg／L，NO3^-－N为0．69－5．38mg／L之间，溶解态磷（DP）的含量为0．035－0．53mg／L之间；表层沉积物孔隙水中NH4^ －N的含量为0．0025－1．35mg／L，NO2^-的含量为0．0055－0．20mg／L，NO3^-－N的含量为0．61－1．14mg／L，DP的含量为0．11－0．53mg/L；计算表明，沉积物－水界面间NH4^ －N、NO2^-、NO3^-－N和DP的扩散通量分布范围分别为0．11－0．99、－0．39－0．0019、－3．09－－0．12和－0．48－0．12μg(cm^2.d）之间。研究揭示，沉积物是水体中N的重要蓄积库和P的可能输入源。     

泸沽湖沉积物－水界面扩散作用对上覆水体基本化学组成的影响

通过云南泸沽湖──半封闭深水湖泊湖水和沉积物孔隙水中Ｃａ２＋、Ｋ＋、Ｎａ＋、ＨＣＯ等基本组分及ｐＨ等剖面分布的研究,结果表明,这些基本组分可以自底部沉积物向上覆水体扩散迁移。定量地估算了扩散通量及其对上覆水体的影响程度,说明湖泊沉积物－水界面作用在控制整个水体水化学基本组成中起着重要的作用。     

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.     

香溪河沉积物-水界面的营养盐交换特征

为研究香溪河库湾沉积物-水界面的营养盐交换特征,于2016年6月采集香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水样品,分析不同形态氮、磷的空间分布特征并进行相关性分析,计算沉积物-水界面氮、磷的释放通量.结果表明:香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水中ρ（TP）的变化范围分别为0.484~0.927和0.511~2.220 mg/L,ρ（TN）的变化范围分别为0.739~4.302和3.571~14.011 mg/L;上覆水和沉积物间隙水中氮、磷质量浓度在沿程和垂向上具有一定的变化规律,上游区域沉积物间隙水中氮、磷质量浓度大于下游区域,沉积物间隙水中氮、磷质量浓度明显大于上覆水;香溪河沉积物总体上表现为PO₄3--P和NH₄+-N的"源",中下游区域沉积物表现为NO₃--N的"源",而中上游区域表现为NO₃--N的"汇";PO₄3--P的释放通量范围为0.129~0.339 mg/（m2·d）,NH₄+-N的释放通量范围为0.213~1.415 mg/（m2·d）,NO₃--N的释放通量范围为-1.109~3.446 mg/（m2·d）.研究显示,上覆水的环境条件对于沉积物-水界面营养盐交换存在一定的影响,但影响程度各有不同.      

泸沽湖沉积物－水界面扩散作用对上覆水体基本化学组成的影响

通过云南泸沽湖－－半封闭深水湖泊湖水和沉积物孔隙中Ｃａ＾２＋、Ｋ＾＋、Ｎａ＾＋、ＨＣＯ３等基本组分及ＰＨ等剖面分布的研究，结果表明，这些基本组分可以自底部沉积物向上覆体扩散迁移，定量地估算了扩散通量及其对上覆水体的影响程度，说明湖泊沉积物－水界面作用在控制整个水体水化学基本组成中的起着重要的作用。     

闸控河流潜流带沉积物-水界面营养盐分布及交换通量研究

为揭示闸控河流潜流带营养盐“源/汇”特征,本研究以淮河流域沙颍河槐店闸河道为研究对象,于2021年1月中旬实施了蓄水调控背景下的原位沉积物采集实验,通过分析氮磷营养盐在沉积物-水界面的分布与扩散通量,识别了潜流带营养盐“源/汇”角色,探明了闸控河道内源风险。结果表明：1)间隙水NH⁺₄-N与TP浓度分别是上覆水体的6.5与1.1倍,表明沉积物-水界面营养盐存在显著浓度梯度,极易造成潜流带NH⁺₄-N、TP向上覆水迁移;2)经综合污染指数评价得出,上覆水与间隙水水质处于重污染或严重污染状态,且闸下污染程度显著大于闸上,表明蓄水调控对闸下水域产生了负面影响;3)沉积物-水界面的NH⁺₄-N、NO^-₃-N、TP交换通量分别为0.39～10.07、-3.45～-2.04、-0.09～0.17 mg/(m²·d),表明沉积物为NH⁺₄-N的“源”,NO     

于桥水库沉积物-水界面氮磷剖面特征及交换通量

于桥水库是天津市重要的饮用水源地,但近年来呈现富营养化加重趋势,而其内源负荷及污染分布特征尚不清楚.本研究利用Peeper(pore water equilibrium)技术获取沉积物-水界面氮磷剖面特征,分析于桥水库间隙水氮磷分布的空间差异;采集沉积物无扰动柱样分析沉积物中易释放态氮及磷的赋存特征,并利用原柱样静态培养法对其水土界面氮磷交换速率进行估算.结果表明:(1)沉积物中活性磷、氨氮、硝态氮和亚硝态氮的含量分别为0.5~6.5、0.5~10.9、2.2~16.2和0.05~0.6 mg·kg~(-1),在垂直方向随深度增加营养盐含量降低,而在空间分布上差异显著.(2)上覆水中PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N质量浓度较低,间隙水中PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N质量浓度远大于上覆水,表明于桥水库间隙水具有向上覆水体扩散营养盐的潜力.在垂直方向上间隙水中PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N具有在0~5 cm快速增加,之后表现出逐渐降低的趋势.(3)静态释放结果表明,PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N从沉积物间隙水扩散至上覆水中,其释放通量分别为1.1~13.3 mg·(m~2·d)~(-1)和20.6~250.5 mg·(m~2·d)~(-1);NO-3-N交换通量在-20.4~33.4 mg·(m~2·d)~(-1)之间,NO_2~--N交换通量在-7.4~0.4 mg·(m~2·d)~(-1)之间.PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N为于桥水库主要的沉积物内源向上覆水释放营养盐,总体释放速率在空间上呈现南高北低、淋河口和水坝前较高的释放特征.与类似研究比较可知,于桥水库沉积物-水界面通量相对较高,表明沉积物是于桥水库上覆水营养盐的重要来源.     

巢湖西部河口区沉积物氮磷分布特征与原位扩散通量估算

选取巢湖西部重污染入湖河口区,研究表层沉积物氮磷污染特征,并运用Fick定律估算沉积物-水界面氮磷原位扩散通量.结果表明:南淝河、派河、十五里河河口表层沉积物总氮平均含量达到2208.17 mg·kg~(-1),氮形态以有机氮为主,占比达到90%以上.表层沉积物总磷平均含量为704.59 mg·kg~(-1),其中铁铝结合磷、活性有机磷和钙镁结合磷分别占比27%、28%和18%.河口区水体氨氮浓度从上覆水到孔隙水中总体呈上升趋势,沉积物表层(0~5 cm)孔隙水中氨氮平均浓度为25.42 mg·L~(-1),是上覆水中的7倍.沉积物孔隙水中硝氮与正磷酸盐浓度在垂向上随深度的增加呈先上升后降低的趋势,在沉积物-水界面附近达到浓度最高值.3个河口沉积物孔隙水中氮磷营养盐均向上覆水扩散,其中氨氮扩散通量分别为25.87、74.85与18.08 mg·m~(-2)·d~(-1).硝氮与正磷酸盐扩散通量较低,范围分别在1.38~2.78和0.011~0.024 mg·m~(-2)·d~(-1)之间.总体上看,巢湖西部河流入湖河口区表层沉积物氮污染严重,且存在较高的氮磷营养盐释放风险,应是巢湖富营养化控制过程中重点关注的区域.     

桑沟湾和胶州湾夏季的沉积物-水界面营养盐通量研究

1999年8月通过原样培养研究了黄海的桑沟湾和胶州湾潮下带沉积物-海水界面的营养盐通量.结果表明,两个湾的沉积物均向水层释放NH4-N,通量为0.76(桑沟湾)和0.67 mmol/m2·d(胶州湾),对水层初级生产所需无机氮的贡献为14%(桑沟湾)和12%(胶州湾);桑沟湾的沉积物对PO4-P有净吸收,通量为-1.17mmol/m2·d,而胶州湾的沉积物释放PO4-P,通量为0.01 mmol/m2·d.与其他近岸浅海环境相比,桑沟湾和胶州湾的沉积物-水界面营养盐通量及对水层初级生产的贡献率均处于较低水平.回归统计分析表明,桑沟湾和胶州湾沉积物-水界面的NH4-N通量与沉积物表层的C、N含量正相关,PO4-P通量与沉积物耗氧率和上覆水PO4-P浓度相关.     

宜昌市天福庙水库沉积物磷形态分布特征及其释放通量估算

为揭示天福庙水库沉积物中磷的形态及空间分布特征,探讨沉积物-水界面磷的释放通量及其主要影响因素,在天福庙水库库区内设立了6个采样点,采用SMT（磷形态标准测试程序）法测量其沉积物中磷的形态组成,对沉积物磷空间分布、间隙水及上覆水PO₄3-质量浓度变化特征进行了分析,估算了磷释放通量.结果表明:①库区沉积物中TP主要由Ca-P（钙磷）构成,TP在水库库尾和支流入库处具有较高的质量分数,分别为4 904.6、5 015.2 mg/kg.TP、IP（无机磷）、Ca-P时空动态具有一致性,磷矿石灰污染是重要原因.②孔隙水中PO₄3-质量浓度在沉积物表层1~3 cm内存在很高的峰值,达11.3 mg/L,各采样点均高于上覆水中PO₄3-质量浓度,存在向上覆水释放PO₄3-的风险,孔隙水中PO₄3-质量浓度与TP质量分数及磷形态相关.③采用孔隙水扩散模型法估算PO₄3-在沉积物-上覆水界面上的释放通量,库区沉积物磷释放通量范围为0.13~3.08 mg/（m2·d）,平均值为1.03 mg/（m2·d）,处于较高水平.研究显示,磷矿开采是干流沉积物磷来源和形态组成的重要原因,库区磷释放通量与水流扰动密切相关,坝前、支流交汇处、库尾是库区内源磷污染的主要区域.      

矿山污染水库中砷形态转化受铁循环影响研究

As在水体中的环境行为较为复杂,且潜在威胁生态健康。该文以受矿山活动影响的喀斯特地区水库为对象,在掌握水质理化特征及不同形态As、Fe空间分布的基础上,利用电子探针显微分析仪、矿物形态连续提取技术及水化学理论分析Fe在上覆水-沉积物体系中的循环过程以及对As迁移转化的影响。结果表明：在水体弱碱性、温度及氧化还原电位随深度降低的环境条件下,水库中总As平均浓度为72.94μg/L,其中颗粒态As占比74%;上层水体溶解态As向颗粒态转化,浓度随深度降低,颗粒态As浓度则呈相反趋势;在沉降作用下颗粒态As富集于下层水体,溶解态As受沉积物释放影响浓度有增加趋势,但受吸附作用控制界面水浓度较低;颗粒态Fe也在下层富集,沉降入沉积物后高活性铁氧化物可被还原溶解,使界面水溶解态Fe浓度高于上覆水体,可向上输送;还原态Fe经氧化水解进一步增加下层水体颗粒态Fe含量,增强对溶解态As的吸附去除;水中As浓度受Fe循环影响较大,尤其底部受沉积物调控作用较强。该成果可为科学认识As在水库中的循环转化提供理论依据。     

三峡库区消落带沉积物-水界面汞的扩散特征

通过模拟实验研究了三峡库区消落带沉积物-水界面汞及甲基汞的扩散。结果表明,三峡库区消落带浅水沉积物中的甲基汞占总汞的比例为0.41%±0.29%,深水沉积物中的甲基汞占总汞的比例为0.74%±0.52%。深水沉积物比浅水沉积物具有更高的甲基汞产率。随着淹水时间的延长,沉积物中甲基汞的含量呈指数增长。沉积物中的甲基汞生成动力学方程符合零级反应方程。沉积物中无机汞的扩散以Freundlich修正式拟合效果最好,相对好氧的环境更有利于沉积物中无机汞的释放。相应地,甲基汞的扩散以抛物线扩散方程拟合效果最好,黑暗厌氧的环境更有利于沉积物中甲基汞的释放。三峡库区消落带沉积物-水界面无机汞的扩散通量为154.65±47.12~160.23±56.19 ng/(m~2·d),甲基汞扩散通量为7.61±3.39~7.79±4.56 ng/(m~2·d)。随着淹水时间的增加,孔隙水无机汞及甲基汞向上覆水体的释放通量均表现为先增加后减小的趋势。沉积物中的甲基汞对上覆水体甲基汞含量的贡献率为1.5%~14.3%,释放量为0.28~0.85 kg/a。而沉积物中的汞对上覆水体汞含量的贡献率为0.20%~1.70%,释放量为5.64~17.55 kg/a。     

大型底栖动物对长江口潮滩沉积物-水界面无机氮交换的影响

基于实验模拟,通过对比分析潮滩无机氮长短期通量交换、循环规律及沉积物中无机氮的剖面特征在有/无底栖动物活动背景下的差异,探讨了双壳类底栖动物河蚬对长江口潮滩沉积物-水界面无机氮交换的影响及其机制.研究发现:潮滩无机氮界面交换中,河蚬的钻穴活动能增加向上覆水方向氨氮和硝氮的通量值;河蚬长期栖息对界面的生物扰动和代谢物排放能促进氨氮向上覆水的释放并逐渐加强沉积物氧化层中的硝化活动;界面附近河蚬的扰动和喷灌活动改变了沉积物中无机氮的垂直剖面特征,加速了沉积物中有机质的矿化分解和两相界面间氨氮的离子交换,促进沉积物氮库向滨岸水体的释放输出.     

闽江口水、间隙水和沉积物中有机氯农药的含量

利用GC-ECD和GC-MSD对1999年11月闽江口水、间隙水和沉积物中的有机氯农药进行了研究.结果显示,闽江口水中有机氯农药的含量范围是0.532～1.82μg/L,间隙水中有机氯农药的含量为4.54～13.7μg/L,沉积物(于重,以下讨论到的沉积物,无特别说明都是干重表示):28.79～52.07μg/kg;与其他河口如珠江口、九龙江口相比,闽江口的污染水平居中.间隙水的污染物浓度普遍高于其上覆水的浓度,而沉积物中的浓度大于间隙水、表层水,是由于有机污染物在水体中倾向于吸附在沉积物颗粒,并且通过再悬浮从底层向上迁移.对水体中有机氯农药各组分的含量及特征进行了分析,发现有机氯农药的主成分为:β-HCH,DDE,Heptachlor(七氯),Endosulfan Ⅱ(硫丹),Methoxychlor(甲氧滴涕).DDE、β-HCH、EndosulfanⅡ分别占DDTs、HCHs和硫丹的主要部分;有机氯农药各组分间有正相关性,表明其河口有机氯农药陆源的土壤输入与相似的环境行为;对该河口的污染水平进行了初步的评价,HCHs符合国家海水水质一级标准,DDTs则超过该标准.