沼蛤幼虫管道湍流灭杀试验研究Ⅱ:灭杀效果

沼蛤(Limnoperna fortunei)作为典型入侵性底栖动物,可造成管道严重堵塞,威胁技术供水系统正常运转。前期试验研究了致紊材料对管道水力特性的改变,为验证致紊材料对管道沼蛤幼虫灭杀效果,本研究选用水力学试验推荐的4种致紊材料并采用普通和加密两种方式布置在管道中。分别进行了脉动灭杀试验(试验系统流量=0.018 m~3/s)和死循环(系统补给流量≈0 m~3/s)灭杀试验,采样和显微观测统计不同发育阶段幼虫的密度及死亡率。结果表明试验期间沼蛤幼虫基本处于前期壳顶阶段,经过脉动管后死亡方式主要为组织流出、组织脱落和壳体破碎。脉动试验中6 mm孔板对沼蛤幼虫灭杀效果最好,加密布置可以提升大孔径孔板和筛网的灭杀效果。采用幼虫相对体长d*(幼虫体长与Kolmogorov长度尺度之比)衡量致紊材料的灭杀效果,当下游主流区(d*)_(max)0.7时灭杀效果明显。死循环在5 min内可以迅速提高沼蛤幼虫死亡率,之后死亡率基本稳定,所以如能保证幼虫在脉动场中被作用达一定时间,即能对其进行有效灭杀。     

输水通道中沼蛤入侵及水力学防治

原产于我国南方河流的滤食性底栖动物（Limnoperna fortunei，沼蛤）极易入侵水利工程的输水通道，在输水结构上高密度附着，造成生物污损，堵塞管道，降低输水效率，污染水质，腐蚀结构，威胁工程运行，也给跨流域调水带来潜在危险。沼蛤对输水通道的入侵已成为世界性问题，迫切需要研究其防治方法。本文对水源长期密集采样观测，研究沼蛤幼虫发育阶段及运动特性；开展水力试验，研究幼虫的沉降、在脉动流场中的死亡特性，提出防治幼虫入侵的方法。研究结果表明：沼蛤具有水中浮游生活的幼虫阶段，依赖幼虫随水流入侵输水通道，通过分泌足丝附着在结构壁面。沼蛤幼虫、稚贝具有沉降特性，尺寸合适的沉降池能够使大量幼虫、稚贝沉底。沼蛤幼虫在高频湍流流场中会死亡，当湍流中小涡尺度与幼虫体长相当时，对幼虫的灭杀效果显著，且灭杀率与湍流平均流速及湍流作用时间正相关。防止沼蛤幼虫入侵是工程中沼蛤入侵的防治核心，可采用沼蛤幼虫沉降及高频湍流灭杀的综合方法减少水流中的沼蛤幼虫，防治沼蛤入侵输水通道。     

开孔促淤板周围水流紊动特性试验研究

为深入了解开孔促淤板周围的水流特性,通过室内概化水槽试验分析了开孔促淤板前后的水流紊动特性,采用声学多普勒流速仪(ADV)测量了开孔促淤板前后典型断面上的三维瞬时流速,分析了典型断面上的时均流速、紊动强度、雷诺切应力和紊动能的分布规律。试验结果表明:板后近板区出现回流区,且回流区与开孔促淤板格栅位置相对应;板后水流相对紊动强度、雷诺切应力及相对紊动能明显大于板前,开孔促淤板对板后近板区水流影响较大;随着与开孔促淤板距离的增大,回流现象消失,流速变化趋于稳定,水流相对紊动强度减小且最终趋于稳定,相对紊动能出现折减且折减率逐渐降低;靠近近板区xOy面雷诺切应力大于yOz面雷诺切应力,靠近下游xOy面雷诺切应力与yOz面雷诺切应力相差较小。     

输水通道中沼蛤入侵及水力学防治

滤食性底栖动物沼蛤极易入侵水利工程的输水通道,在输水结构上高密度附着,造成生物污损,堵塞管道,降低输水效率,污染水质,腐蚀结构,威胁工程运行,也给跨流域调水带来潜在危险。本文对输水工程水源长期密集采样观测,研究沼蛤幼虫发育阶段及运动特性;开展水力试验,研究幼虫的沉降、在脉动流场中的死亡特性,提出防治幼虫入侵的方法。研究结果表明:沼蛤幼虫在其水中浮游生活的阶段,依赖水流流动入侵输水通道,通过分泌足丝附着在结构壁面。沼蛤幼虫、稚贝具有沉降特性,尺寸合适的沉降池能够使大量幼虫、稚贝沉底。幼虫会被高频湍流灭杀,当湍流中小涡尺度与幼虫体长相当时,对幼虫的灭杀效果显著,灭杀率与湍流平均流速及湍流作用时间正相关。防止沼蛤入侵输水通道的关键是减少水流中沼蛤幼虫的数量,可采用沉降及高频湍流灭杀沼蛤幼虫的综合方法实现防治目标。     

潮流紊动特性试验研究

开展潮流的紊动特性研究,对于了解潮汐水域泥沙及污染物输运机理、保护生态环境具有重要意义。本文通过水槽试验系统全面地研究了潮位正弦变化的往复流紊动特性随潮变化规律,以100 Hz的高采样频率连续采集主流区测点三维瞬时流速,根据移动平均法及最小二乘原理计算时均流速过程曲线,据此分析了紊动强度及雷诺切应力随潮变化规律、特征潮时概率密度分布与正态分布的差异,以及脉动流速的紊动能谱。研究结果表明,水流纵向流速随潮近似于正弦规律变化;纵向、横向与垂向的相对紊动强度在转潮阶段出现峰值;涨急与落急时段,与纵向脉动流速相关的雷诺切应力相对较大,纵向与垂向脉动流速概率密度分布偏离正态分布;特征潮时的脉动能谱密度均随频率增大而减小,水流能量主要集中在10 Hz以内。     

浑水脉动流速量测系统的原理及应用

根据水流中滞点压力与流速平方成正比的关系,本文介绍用硅压阻压力传感器检测滞点流速水头,由计算机进行实时数据采集的浑水脉动流速量测系统的原理及量测成果。通过对清水及推移质换沙水流、悬移质挟沙水流的量测证明,所测清水紊动强度的分布与激光流速仪量测结果一致。并能成功地用于挟沙水流流速的测量。     

常曲率U型弯道水流紊动特性试验研究

采用三维声学多普勒流速仪,对水流三维流速进行了采集,对弯道水流的脉动进行了统计分析,研究了典型断面的紊动强度、紊动切应力、紊动能的分布。试验结果能够很好的揭示弯道水流的三维特性及分布规律。研究成果为进一步研究水流的紊动结构及泥沙的运动机理提供了参考资料。     

有无植物条件下明渠水流紊动特性对比

在可变坡水槽中,模拟了带枝杈植物对明渠水流的干扰作用,借助超声多普勒流速仪(ADV)测量了不同水深下垂线不同测点的瞬时流速,计算了各测点的三维时均流速、脉动强度及雷诺应力等紊动参数,通过与无植物干扰的明渠均匀流紊动特性进行对比,分析植物对水流紊动参数的影响规律。试验结果表明:在有植物明渠水流中,时均流速呈三区分布特征;脉动强度及雷诺应力均在植物顶部附近出现最大值;脉动强度明显增大,在3个方向上趋于接近;可以用植物顶部以上的雷诺应力分布推求摩阻流速。     

有压泄洪洞多级孔板消能室的紊流特性试验研究

在水电工程中,将有压泄洪洞设置多级孔板逐级消能,可以有效地降低内水压力、控制平均流速、降低工程造价。但是设置孔板后,在一定范围内水流现象复杂,紊动强烈,能否在大型工程上采用尚存在一定的疑虑。为了解此种水流运动的内部结构及对洞壁的影响,我们采用二维激光测速仪对孔板之间的管段内流速脉动情况进行了测试     

消力池护坦板上水跃脉动压力的特性分析

中高水头泄水建筑物泄水时,由于高速水流内部的紊动特性等原因,水流存在脉动现象。这种脉动现象在水流内部表现为流速脉动和压力脉动,而反映在固体边界上,则为压力的脉动。水工建筑物的振动和空蚀都与水流压力脉动的频率和幅值有着密切的关系。因此,脉动压力的研究日益引起人们的重视。而水流脉动压力对坝体、厂房顶溢流面板和消力池底板等建筑物的影响尤其令人关注。但是,引起水流脉动的原因极其复杂,它的内部实质还未     

穗花狐尾藻种植水对铜绿微囊藻的影响

为了探究营养水平对沉水植物化感抑藻作用的影响,选取室外条件下自然繁殖生长的沉水植物穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)种植水,研究有害蓝藻铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)产毒株和非产毒株在两种营养水平下对穗花狐尾藻种植水的生长生理响应。结果表明:穗花狐尾藻种植水显著抑制产毒株和非产毒株的生长(P<0.05),影响生理过程,但低营养水平下的抑制作用更强(P<0.05);营养加富穗花狐尾藻种植水暴露9 d后,对产毒株和非产毒株生长的抑制率分别为23.5%和20.9%,对光合系统Ⅱ实际光合效能的抑制率分别为7.4%和17.6%,丙二醛浓度分别增大5.6%和9.1%;而直接将铜绿微囊藻接种到穗花狐尾藻原种植水中,对产毒株和非产毒株生长的抑制率分别为60.7%和49.3%,对光合系统Ⅱ实际光合效能的抑制率分别为15.4%和23.4%,丙二醛浓度分别增大11.1%和18.2%。     

微囊藻水华暴发的水动力机理与模拟研究进展

微囊藻水华暴发会加剧水质恶化,影响用水安全,破坏水生态系统平衡,威胁人类健康,是全球普遍面临的水生态灾害之一。微囊藻水华暴发的水动力机理与模拟是开展相关水华防治的关键,是当前环境与生态水力学研究的前沿热点与难点。本文对国内外微囊藻水华暴发的水动力机理与模拟研究工作进行了梳理,包括:归纳了微囊藻自主迁移的生物学机制;总结了静水环境下微囊藻个体与群体的垂向迁移机制;梳理了风生流、异重流等典型流态下微囊藻聚集的水动力机理;从粒子模型与连续介质模型角度,阐述了微囊藻迁移分布模拟方法以及应用;凝练了微囊藻水华暴发水动力机理与模拟研究领域未来需要解决的若干关键问题。     

丙二酸对铜绿微囊藻的抑制效果

为研究丙二酸对铜绿微囊藻的抑制效果,测定了不同浓度和不同投加方式的丙二酸作用下铜绿微囊藻藻细胞密度和叶绿素a质量浓度的变化;在此基础上,通过丙二酸添加后藻细胞藻胆蛋白含量及超微结构的变化,分析了丙二酸的抑藻机理。结果表明:丙二酸对铜绿微囊藻有较强的抑制效果;当丙二酸质量浓度达到60 mg/L时,在试验末期即第12天时对铜绿微囊藻的抑制率达到了87.26%;在相同的作用时间内,与分批投加相比,采用一次性投加丙二酸的方式抑藻效果更强;在丙二酸作用下,藻细胞叶绿素a及藻蓝蛋白质量浓度下降,光合作用受到抑制;在扫描电镜下能够观察到藻细胞结构遭到破坏,胞内物质外泄,从而导致了藻细胞死亡。     

基于声发射监测的堤防管涌试验

为研究声发射实时监测堤防的管涌过程,开展了变水头作用下的砂槽模型试验。通过对管涌过程的渗流量、平均水力坡降与声发射特征参数对比分析,发现管涌过程的水力参数和声发射参数具有相同的分布规律。引入地震级数b值计算方法和关联维数G-P算法,计算管涌过程中AE信号的b值和AE信号波形的分形维数值D。结果表明:由b值和分形维数值D的大小和分布规律,可对管涌过程进行判别,及时对管涌危害进行预报,降低堤防管涌带来的危害。     

基于SPI和SPEI的淮河中上游流域气象干旱时空分布特征对比研究

基于淮河流域1960-2017年逐月降水、气温资料,采用SPI、SPEI等干旱指数和线性趋势法、Mann-Kendall、小波分析等数学统计方法对年和四季气象干旱的趋势性、周期性及干旱频次进行时空分布特征的对比研究。结果表明:流域年、夏冬两季两种干旱指数呈微弱增加趋势,SPEI较SPI上升幅度略大,春秋两季均呈微弱减少趋势,SPEI较SPI下降幅度略大;研究时段内同一区域的两种干旱指数反映的干湿变化周期性基本一致;年尺度淮河以北SPEI显示中旱频次较多而SPI显示轻旱频次较多,其他时间尺度南北区域接近一致;两种干旱指数的空间变化趋势除夏季较为一致外,年、春秋两季在同一区域上SPEI显示的干旱化趋势较SPI略强,冬季SPI显示绝大部分区域呈湿润化趋势而SPEI呈干旱化趋势;两种指数在空间分布上存在一定程度的差异性,四季SPEI显示的干旱频次普遍比SPI统计的干旱频次高。研究结果对于干旱客观性评估和水旱灾害防治管理具有重要参考价值。     

覆膜滴灌下枸杞耗水规律研究

通过大田枸杞滴灌和传统畦灌对照处理试验,研究了覆膜滴灌下枸杞耗水规律、水分利用效率和产量的变化规律,结果表明,枸杞覆膜滴灌生育期内耗水量相比传统畦灌平均减少了34%,生育期内灌溉定额相比传统畦灌平均节约了52%。当覆膜滴灌枸杞耗水量为612 mm时,枸杞的水分效率和干果产量达到最优组合水平。     

基于鱼类需求的息县枢纽工程闸下河段环境流量研究

针对水利工程建成运行后对下游河段流量过程变化造成的鱼类原有栖息地面积减小和质量降低的潜在生态问题,对拟建息县枢纽工程闸下4.9 km河段内采用栖息地模拟法进行环境流量研究。采用MIKE数值模拟与HSI栖息地模型结合的方法,通过分析自然状态下研究河段的水流特性及鱼类栖息地现状,讨论了在不同生命期不同流量对鱼类栖息地的影响,确定了适宜环境流量范围,为水利工程建设后水生生物栖息地保护提供理论和方法指导。     

扑草净对鲫鱼（Carassius auratus）生长的影响及其导致的水体营养盐变化

为评价扑草净在水环境中造成的生态风险,以扑草净作为目标污染物,以鲫鱼作为受试生物,于实验室内水族箱中进行试验。持续监测鲫鱼体质量体长及水体营养盐浓度,考察扑草净对鲫鱼生长的影响,及其导致的水体营养盐浓度变化特征。结果表明：鲫鱼体质量生长率、体长生长率及营养盐浓度随时间的变化可利用Logistic方程描述（R²=0.959~0.997）;有扑草净组鲫鱼体质量生长率等比无扑草净组低8.7%～50.3%。无鱼时扑草净对水体中氮磷营养盐浓度、营养盐比例及总氮/总磷比例无显著影响;有鱼时,有扑草净组的总颗粒氮和总颗粒磷浓度分别比无扑草净组低41.4%及33.8%,有无扑草净组各形态磷营养盐浓度与总磷的比例以及总氮/总磷浓度比例差异显著。研究表明扑草净对鲫鱼的毒性效应可间接影响水体营养盐浓度。     

基于SPEI指数的辽宁省多尺度旱涝特征分析

近年来辽宁省深受旱涝灾害的影响,明确其时空演变特征对进一步制定防灾减灾策略具有重要意义。利用1989—2018年辽宁省23个气象站点逐日气象数据,基于不同时间尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI指数),运用Mann-Kendall突变检验、线性倾向率等数理统计方法,对辽宁省近30年来旱涝演变及持续性特征进行分析,并结合通径分析方法探究其影响因素。结果表明:(1)近30年来辽宁省经历涝-旱-涝的演化过程,辽西干旱化显著,变涝趋势最显著的是辽中和辽北,其次是降水量最丰富的辽东;(2)从中度及以上旱涝灾害频率看,1999—2008年为典型的干旱时段,而2009—2018年则为偏涝时段,旱涝事件发生频率春季冬季秋季夏季;(3)持续性干旱事件强度变小,主要发生在春季。持续性洪涝事件呈增加趋势,主要发生在春、夏两季;(4)降水量是影响旱涝变化的主要因素,蒸散量次之,气温是通过影响降水量和蒸散量进而影响旱涝变化的。     

改性植物单宁对铜绿微囊藻的去除效果与机理EI北大核心CSCD

研究了改性植物单宁(Tanfloc)絮凝对铜绿微囊藻的去除效果、影响因素及机理。10 mg/L的Tanfloc投加量下,10 min内即可获得94%的高去除率,而当投加量进一步增加时,去除率反而略有下降。Tanfloc具有较宽的初始pH值适用范围,在酸性条件下和弱碱性条件下(pH值不大于9.0),藻去除率均超过90%;而在强碱性条件下(pH值不小于10.0),藻去除率逐渐下降。Tanfloc在高藻细胞密度(大于4.87×10^(9)个/L)下可以获得大于95%的高除藻效果。水体pH值会影响除藻机理,pH值为5.5、8.0和9.5时,电中和、静电簇和架桥作用分别是除藻的主要影响因素。