基于流、固两相流模型的海洋平台基础冲刷数值模拟研究

海洋平台的冲刷本质为流、固两相流的相互作用问题,采用两相流模型模拟这一相互作用过程可以准确反映其物理机制。本文基于两相流模型SedFOAM,建立海洋平台基础的三维两相流冲刷数值模型,对桩基局部冲刷坑演变过程和桩柱上、下游的最大冲刷深度进行了研究,分析了桩基局部冲刷的主要影响因素。结果表明,在单向水流作用下,桩柱上游出现半圆形的冲刷坑,最大无量纲冲刷深度（约为0.65）出现在桩柱上游;冲刷过程中桩柱下游出现斜向发展的淤积带;受下潜水流的影响,桩前最大冲刷深度可达平衡深度的80%。本文的研究成果可为实际海洋平台的冲刷预测和基础保护提供科学依据。     

泥沙起动临界状态对底泥内源释放的影响研究

通过波浪水槽试验,研究了泥沙起动临界状态时太湖贡湖湾底泥内源释放的特点。结果表明,当底泥处于泥沙起动临界状态时,底泥以上1cm处上覆水中溶解氧在前15min内呈降低趋势,由初始7.5mg/L左右降低至7.0mg/L以下;约20min后,溶解氧总体呈升高趋势,最高达到8.12mg/L;底泥以上1cm处上覆水中硝态氮、亚硝态氮、氨氮和磷酸根等营养盐浓度仅在过程中有不同程度的波动,试验前后基本保持不变。初步研究结果可见,在波浪水槽试验的条件下,泥沙起动临界状态在短时间内能降低水-沉积物界面上覆水的溶解氧浓度,而从环境效应角度看对太湖贡湖湾底泥内源释放没有影响。     

长江口南汇咀近岸水域泥沙输移途径

南汇咀近岸水域位于长江口和杭州湾的交汇带,其动力条件、泥沙运移、沉积过程和地貌演变复杂。根据长江口南汇咀近岸水域的水主尼沙观测和沉积地貌等资料,通过综合分析研究,探讨了长江口入海水沙在南汇咀近岸水域与杭州的交换和泥沙输移途径。研究结果表明,沿南汇水下沙咀存在一个泥沙通道,长江口水沙在多种动力因子的驱动下经过该通道直接进入杭州湾,参与杭州湾水沙的周期变化。通过进一步研究还发展,长江口泥沙以异重流的方式向杭州湾输移。     

人类活动对嘉陵江流域泥沙负荷的影响

河流泥沙负荷是人类活动影响下侵蚀产沙的重要反映。选择人类活动对嘉陵江流域泥沙负荷变化影响较大的7个表征变量,通过应用SPSS150进行通径分析,结果表明：抑制土壤侵蚀的各个因子作用大小依次为：新修塘库、农村劳动力转移、累计治理面积、森林覆盖率、农村用电量、公路通车里程及旱地比例。对嘉陵江河流泥沙负荷减少的直接贡献由大至小分别为：新修塘库、农村劳动力转移、累计治理面积、农村用电量、旱地比例、公路通车里程及森林覆盖率。各影响因子的间接作用由大至小分别为：森林覆盖率、公路通车里程、农村用电量、累计治理面积、旱地比例、农村劳动力转移及新修塘库.     

乌梁素海芦苇枯落物分解动态及营养元素释放研究

乌梁素海是内蒙古高原干旱区最典型的浅水草型湖泊,湖滨带芦苇分布广袤,其收割方式是在冬季湖泊结冰后将冰面上芦苇收割,冰面下芦苇则留存在水中,而水下部分的分解是造成湖泊生物淤积的重要原因,且分解过程中营养元素的释放亦加剧了湖泊富营养化。通过分解袋法研究了湖泊水面下芦苇枯落物的分解动态及营养元素的释放过程,并探讨了芦苇枯落物分解的影响因素。结果表明:1)芦苇枯落物分解270 d后质量残留率为52.44%,分解速率常数为0.002 68 d~(-1),其分解50%需要0.83 a,分解95%需要3.19 a;2)芦苇枯落物分解过程中,N元素的分解状态呈现释放-分解-再释放的规律,P元素和C元素均处于持续释放的分解状态;3)芦苇枯落物分解期间,分解速率和营养元素含量动态受枯落物自身质量和环境因子共同影响,且环境因子(温度、溶解氧、pH值)与芦苇枯落物分解速率及元素释放动态相关性显著。研究表明,芦苇枯落物分解释放大量营养物质,对湖泊富营养化有一定的贡献,要进一步加强芦苇植物的收割以减轻植物腐烂分解对湖泊造成的二次污染,减少生物淤积作用。     

极端暴雨洪水及侵蚀产沙对延河流域植被恢复响应的比较研究

黄河支流延河在2013及1977年7月发生极端暴雨事件,但由于所处时间流域下垫面的差异,暴雨的灾害表现迥异。论文比较分析延河流域2013和1977年7月暴雨的降雨量、强度、频率及其水沙变化特征,讨论了产生灾害不同的主要原因。结果表明：2013年7月延河流域降雨总量、笼罩面积、降雨强度、暴雨频率均大于1977年,而日最大径流量、最大输沙量、最大含沙量、洪峰流量、峰值沙量、高含沙量历时却低于1977年。2013年延河流域暴雨灾害以地质灾害为主,1977年则以河道洪水灾害为主。退耕还林（草）工程实施后流域内植被大面积恢复,导致降雨产流产沙关系发生变化是产生上述现象的主要原因。     

沉水植被降低水体浊度的机理研究

水体浊度的变化影响着水生态系统的健康,而沉水植被对降低水体浊度具有显著效果. 为明确沉水植物对泥沙的作用机理,以苦草为试验用草,开展室内水槽试验. 结果表明,苦草斑块降低了水流的输沙能力,根据试验资料估算,斑块区水流的输沙能力仅约为无草时的10%. 利用象限分析法分析了实测的紊动流场,解释了植物对泥沙作用的物理过程. 在苦草斑块区,植物冠顶以下区域(相对高度小于1.00)为下扫流态,紊动漩涡形成的下扫流将泥沙带入水底,而近底层的喷射流抵消了下扫流的能量,抑制下扫流对泥沙的冲击起动,并使下扫流挟带的泥沙顺利淤积;在植物冠顶以上区域除高密度(172株/m2)工况为下扫流态外,中、低密度(86、43株/m2)工况均为喷射流态,不利于泥沙沉降. 由于泥沙主要存在于下层水体,因此沉水植被有利于减小水体浊度.      

引黄工程对灌区环境和土壤的影响

本文以1998年东雷二期引黄工程富平灌区投入运行以来的数据为基础,从水资源对灌区生态环境的影响入手,研究表明:多年的灌溉使灌区植被覆盖明显提高,土壤质量显著改善,盐碱土地逐步缩小,作物耕种次数和种类增多,灌区地下水得到补充,水位逐年提升,灌区生物种类明显增多。引黄工程极大地改善了当地的生态环境,对干旱少雨的渭北可持续发展具有重要意义。     

泥沙淤积对菹草萌发与初期生长的影响

泥沙淤积对菹草萌发与初期生长影响的试验研究结果表明,泥沙淤积会延迟菹草石芽的萌发,但泥沙淤积不会明显影响菹草石芽最终的萌发率;淤积厚度对菹草萌发苗的叶片数影响不明显,叶片长度、宽度和叶片面积随泥沙淤积厚度增加而减小,叶片的长/宽比值则随泥沙淤积厚度的增加而增加;菹草单株平均生物量随淤积厚度的增加而减小.     

黄河泥沙吸附砷污染物室内静态试验

黄河是典型的多沙河流,其水体中砷的来源有自然本底砷和外来砷2种.随着砷污染的日益加剧,给黄河流域生态环境和饮用水安全构成巨大威胁.黄河泥沙对砷污染物具有吸附能力,其吸附量取决于砷污染物在水、沙两相间的分配比例.为了研究自然状态下黄河泥沙对砷的吸附规律,以黄河原型沙为对象,采用静态吸附微污染含砷废水试验,考察了接触时间、含沙量、泥沙粒径对泥沙吸附砷能力的影响.结果表明:①当含沙量在200 kg/m3以下时,泥沙对砷的吸附在5 min以内基本达到吸附平衡;②相同含沙量情况下,细沙对砷的吸咐量最大,中沙次之,粗沙最小;③同一颗粒级配下,泥沙对砷的吸咐量随含沙量的增加呈对数增长.