Diversity and vertical distributions of sediment bacteria in an urban river contaminated by nutrients and heavy metals

The aim of this study was to investigate the benthic bacterial communities in different depths of an urban river sediment accumulated with high concentrations of nutrients and metals. Vertical distributions of bacterial operational taxonomic units （OTUs） and chemical para- meters （nutrients： NH4＋, NO3, dissolved organic carbon, and acid volatile sulfur; metals： Fe, Zn, and Cu） were characterized in 30 cm sediment cores. The bacterial OTUs were measured using the terminal restriction fragment length polymorphism analysis. Biodiversity indexes and multivariate statistical analyses were used to characterize the spatial distributions of microbial diversity in response to the environmental parameters. Results showed that concentrations of the nutrients and metals in this river sediment were higher than those in similar studies. Furthermore, high microbial richness and diversity appeared in the sediment. The diversity did not vary obviously in the whole sediment profile. The change of the diversity indexes and the affiliations of the OTUs showed that the top layer had different bacterial community structure from deeper layers due to the hydrological disturbance and redox change in the surface sediment. The dominant bacterial OTUs ubiquitously existed in the deeper sediment layers （5-27 cm） corresponding to the distributions of the nutrients and metals. With much higher diversity than the dominant OTUs, the minor bacterial assemblages varied with depths, which might be affected by the sedimentation process and the environmental competition pressure.     

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.     

基于MODIS的长江中游河段悬浮泥沙浓度反演

监测和预报悬浮泥沙浓度的沿程分布和时间变化,无论是对于河流水利工程还是河流生态和环境保护都具有重要意义。卫星遥感反演同步性好、速度快、周期短,可以实时和全面地观测大尺度悬浮泥沙分布。旨在建立基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)影像的长江中游河段悬浮泥沙浓度反演模型, 并利用建立的模型反演2002~2009 年长江中游河段丰水期的悬浮泥沙浓度, 分析其在时间和空间上的变化特征。研究揭示,MODIS Terra 影像红波段与悬浮泥沙浓度具有显著的相关性（R2=0877,n=125,RMSE=4057 mg/L）,可以用于长江中游丰水期悬浮泥沙浓度的反演。长江三峡工程经历三次蓄水,坝下游宜昌至汉口段悬浮泥沙含量显著减少,荆江河段、洞庭湖及城陵矶至武汉江段下降最为显著。洞庭湖来水来沙是长江中游城陵矶以下江段主要的悬浮泥沙来源之一,从预测结果可知,洞庭湖来水在城陵矶汇入长江后与江水混合以至形成数十公里的混合带,至洪湖以下江段逐渐混合均匀     

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.     

长江口泥沙和沉积物中磷酸盐存在形态的研究

本文根据长江口河段特性及河段中排污口分布特点，疏稀合理地设置监测站点。在长江口河段布点采样、实验室分析的基础上，对长江口泥沙和沉积物中磷酸盐的存在形态进行分析研究，得到了长江口泥沙和沉积物中及沉积物不同粒径中各形态磷的分布特性，其结果对长江口水质管理、污染控制具有现实意义。     

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.