输水建筑物淡水壳菜防治中试设计及效果分析

淡水壳菜大量生长并附着于输水建筑物混凝土过水面,会分泌腐蚀混凝土表面,使得有效管径缩减,糙率增大,输水能力大大降低,增大工程运行成本。该文根据某输水工程所受污损淡水壳菜侵蚀的实际情况,对4种防护涂料进行了现场试验,选取防护效果最好的涂料开展了工程中试。中试结果表明,施工后的反虹涵内壁光滑,表面反光,通水运行1a后,完全没有淡水壳菜附着,防护效果好。     

淡水壳菜污损体系及其对输水建筑物侵蚀现状分析

以国内某大型供水工程为背景,研究淡水壳菜污损体系的代谢物、对水质影响与附着机理,并分析其对输水建筑物的侵蚀状况。研究结果表明,淡水壳菜为主的污损体系主要代谢产物为乙酸、丙酸和丙三醇,呈弱酸性,对水泥水化产物有侵蚀分解作用;淡水壳菜分泌的足丝蛋白与附着基以氢键和配位键形成化学键合,足丝蛋白由至少8种蛋白组成,黏附力极强。过水混凝土面容易遭受淡水壳菜污损体系的侵蚀,导致砂浆流失、骨料外露,影响输水建筑物的结构与安全。     

生物附着现象对有压输水工程过流能力的影响

针对我国输水工程中生物污损现象造成的壁面混凝土剥落、有效过水断面缩小以及水质恶化等问题,依托南水北调中线某输水建筑物,开展了不同面积占比下的室内模型试验,并采用多孔介质域数值仿真分析了以淡水壳菜为主的生物附着下的有压管道三维流场和淡水壳菜附着对有压输水工程过流能力的影响。结果表明:受淡水壳菜附着的影响,有压管道水流呈主流偏移现象,近壁面水流质点动量交换更加剧烈；断面糙率与附着厚度及面积占比均呈正相关关系,低密度时,影响因素主要为淡水壳菜附着数目,高密度时,附着厚度为主要因素。     

淡水壳菜对输水建筑物输水能力的影响研究

2004年发现东深供水工程输水建筑物内壁大量滋生淡水壳菜.淡水壳菜的生长会造成输水建筑物糙率增大,影响系统输水能力,而且会对输水建筑物混凝土内壁造成一定程度的损伤.通过模型试验,分析系统糙率变化趋势,以此指导系统运行.同时探索淡水壳菜的防治措施,以降低因淡水壳菜的生长对输水系统的影响.     

淡水壳菜对大型输水工程混凝土表面侵蚀及防护措施研究

输水工程混凝土结构服役过程中常遭受生物侵蚀,侵蚀机理研究以及如何防护问题引起关注,侵蚀防护措施中要综合考虑防除效果、环保性、可操作性及成本问题,但可应用实际工程的很少,有关混凝土生物污损问题目前无法有效解决。鉴于华南地区某大型输水工程存在淡水壳菜侵蚀的问题,研究了淡水壳菜对混凝土面的侵蚀作用,对比分析了多种涂料涂覆方法的效果,确定了工程处理措施。研究表明,淡水壳菜形成的污损体系共同对混凝土表面产生侵蚀破坏,淡水壳菜通过生命活动,分泌有机酸对混凝土中的Ca(OH)_2和C-S-H凝胶进行腐蚀;通过呼吸产生CO_2使混凝土碳化,导致混凝土芯样的pH值下降。结合已建工程特点,采用混凝土面布设涂层的措施进行防护,现场涂覆试验和挂板试验,结果表明:BX涂料具有很好的防护效果。     

输水管道中淡水壳菜的防治研究

淡水壳菜(Limnoperna fortunei)是贻贝科软体动物,能够在淡水环境大量生长,其在输水管道内大量繁殖附着,增大输水阻力,腐蚀管壁,影响水质,干扰自然生态系统,造成生态灾害.总结了国内外对淡水壳菜的研究,介绍了其生活习性及国内外采用的防治方法.结合淡水壳菜的生活习性,从预防、杀灭、清除多个方面,分析比较了各方法的适用性及优缺点.针对输水管线提出以防为主,防治结合的系统方案,为输水系统中淡水壳菜的防治提供了控制思路.     

防护材料防止淡水壳菜附着的试验研究

淡水壳菜对混凝土具有一定的侵蚀性,涂料防附是一种相对可行、高效的防治方法,找到最优的防附涂料对以广州蓄能水电厂工程(以下简称"广蓄工程")为代表的水利工程防治生物污损具有重要的现实意义。利用9个月的自然附着试验研究了市场上常用的18种混凝土防附涂料(聚脲、硅烷、环氧树脂等)防止淡水壳菜附着的效果,结果表明:排在第一梯队(附着密度在空白组的15%以内)的材料有硅烷浸渍、氟碳树脂、SK-聚脲1和SK-环氧YEC,排在第二梯队(附着密度在空白组的15%~30%)的材料有SK-聚脲2、改性硅酸盐和改性丙烯酸树脂。结合涂料的耐久性考虑,最后推荐SK-聚脲1和SK-环氧YEC作为适用广蓄工程的混凝土防附材料。     

过水混凝土面生物侵蚀防护涂料性能研究

以广东省某大型输水工程为例,基于工程与资料调研,选取4种代表性的防护材料,通过接触角、表面能、吸水率、显微硬度和耐酸性等材料性能室内试验,结合防护材料涂覆前后输水建筑物过水混凝土面生物附着量和附着强度现场试验,并建立技术性能量化评价方法,综合分析评价了防护材料的生物侵蚀防护效果。结果表明:以环氧树脂底漆、氟碳树脂为面漆的BIOX涂料表面接触角较大、表面能较低、吸水率较低,有机酸侵蚀质量损失较小,防生物附着性能表现优异,12个月龄期涂覆于现场的涂层表面完好无损,比其他涂料具有明显的性能优势;利用防护材料技术性能量化评价可知,BIOX涂料的防生物侵蚀性能综合得分最高,表现最佳,是输水建筑物过水混凝土面生物侵蚀防护涂料的首选。     

淡水壳菜对东深供水工程司马有压箱涵糙率影响分析

淡水壳菜极易附着在输水管道壁面,减小管道过流面积,增加管道糙率,减小管道过流能力。从东深供水工程司马有压箱涵段运行监测数据出发,分析了淡水壳菜对司马有压箱涵糙率的影响,分析结果表明,司马有压箱涵的糙率随不间断供水时间的增长而显著增加,在长期不清理淡水壳菜的条件下可上升至0.016 4~0.018 0,远高于其设计糙率0.015 0。     

水利工程污损生物沼蛤的附着特性研究

近年来,水利工程遭受沼蛤污损的问题日益突出。污损生物沼蛤附着于输水管道等水工建筑物后会腐蚀附着面,降低管道等输水建筑物的过流能力,使阀门、闸门等关键设施启闭困难,严重影响水利工程的安全运营。文章通过实验分析了沼蛤的几何特征及附着特点,探讨沼蛤附着特性及基于附着特性的生态防治措施。研究表明,沼蛤体长与体宽、体高呈线性相关,体长与体重呈指数相关;黏附率与基质粗糙率之间呈正相关关系,基质越粗糙越易附着;附着基质粒径小于10 mm时能够明显抑制沼蛤黏附。     

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%。     

湿生植物根系泌氧能力与其结构相关性研究

为了更好地了解湿生植物对湿地基质供氧能力,对西伯利亚鸢尾、风车草、芦竹和腺柳根系泌氧能力进行研究,并计算湿地植物泌氧能力,为人工湿地不同植物选择提供参考数据。结果表明:在26℃、3000 lux光照的水培条件下,芦竹根系干重泌氧率最高,达到0.201 mmol/(g·h)。湿生植物植株干重泌氧速率与根重-根长比及植株-根系干重比呈显著正相关(p0.01),也与根系孔隙度呈显著正相关。除木本植物腺柳外,西伯利亚鸢尾、风车草和芦竹单植株干重的泌氧率与通气组织面积占比呈显著正相关(p0.01),而与根系表皮层平均厚度呈显著负相关(p0.01),因此,通气组织发育程度和根系表皮层厚度也是影响湿生植物根系泌氧能力的重要因素。基于试验条件,湿地芦竹泌氧率为38.4 g/(m~2·d),湿地腺柳泌氧率为98.3 g/(m~2·d),都高于西伯利亚鸢尾和风车草泌氧率。因此,腺柳和芦竹有利于提高湿地基质中氧含量,其根际易于形成好氧环境。     

草原荒漠区红砂和珍珠猪毛菜群落分布特征分析

为探究影响红砂和珍珠猪毛菜群落空间分布的主要环境因子,采用点格局分析方法和冗余分析(RDA),分析了植物种的空间分布格局及其与环境因子之间的关系。研究结果显示：多年平均降水量的减少地点,红砂种群、珍珠猪毛菜种群的空间聚集程度减弱,向随机分布趋势转化,表现出种内促进关系逐渐减弱的适应策略;种间关联性也表现出随降水的减少物种之间的促进关系逐渐减弱。消除生境异质性后,红砂种群、珍珠猪毛菜种群均在>30 m尺度下随机分布,种群内部表现为相互独立;空间关联性整体均呈现为负相关,种间关系表现为相互竞争,降水减少的地点存在向无相关性转变的趋势。利用冗余分析识别出导致群落植被特征产生差异的主要因素是气候、土壤、海拔,因此在制定更为有效的荒漠灌木多样性保育措施时不仅要考虑植被本身的特性,也要加强对荒漠土壤环境的保护。     

小型地中式称重蒸渗仪系统的研制

为进一步提高称重蒸渗仪的分辨率和准确度,通过配备高精度称重传感器和用于消除环境因素对称重影响的参考桶,研制了小型地中式称重蒸渗仪系统,并应用于水稻蒸发蒸腾量（ET）和棵间蒸发量（E）的观测中。结果表明：该称重蒸渗仪系统对ET和E的分辨率可达0.005和0.003 mm,对应的高峰ET和E观测时段可以实现1 min以内（ET和E可分别达到10和20 s）的水分消耗的识别,低通量阶段也可达到3~5 min/次;参考桶的配备将蒸渗仪系统的15 min、小时和日尺度的ET观测准确度分别提高了3.51%、2.17%和0.77%,E观测准确度分别提高了18.52%、11.81%和2.95%。研究结果表明该套蒸渗仪系统具有分辨率高、准确度好、数据可靠等优势,可用于农业、水文等领域的研究,特别适用于短时蒸发蒸腾和旱地生态系统空气凝结水等微小水量变化的测定。     

Approximate Methods for the Estimation of Muskingum Flood Routing Parameters

There are a variety of techniques for estimating the parameters x and K of the Muskingum method of flood routing. One common difficulty in all the approaches is that different storm sequences along the same river reach would typically yield different parameter estimates. The a statistical analysis of these parameters also shows that they are highly variable. As a result achieving of a high level accuracy may not be the principle issue in describing x and K. This paper presents two approximate methods for estimating these parameters rather easily. The first method requires the computation of the slopes of the inflow and outflow hydrographs at their point of intersection, and the computation of the maximum storage within the reach. The second method requires the computation of the inflow and outflow hydrographs at two specific points. Three case studies investigated show that the first method gives estimates for the Muskingum parameters comparable to those derived by traditional estimation procedures for hydrographs showing linear characteristics.     

四参数随机生成法重构土体微观孔隙结构的分形特征

四参数随机生成算法(QSGS)生成的微观结构模型,已被广泛用于研究土的微观孔隙结构并预测土的水力学性质,但模型能否真实反映实际土体的孔隙结构特征,目前尚缺乏实验证据及定量对比分析。利用扫描电镜(SEM)对3种不同孔隙率的土样制备SEM图像,以与QSGS模型进行定量对比分析。采用数字图像技术分析QSGS模型与土体中孔隙的形态特征和分布规律,基于实测数据估算孔隙的质量分维数Dm和表面分维数Ds。结果表明:QSGS算法生成的微观结构由孔隙度P、生长核的分布概率Pd和方向生长概率Pi等参数控制,其中Pd对孔隙结构的影响更为显著。Pd≤0.01时所生成的QSGS模型与实际土体具有相似的微观孔隙形态和分布规律,以及相同的分形特性和相近的分维数值。P越小则Dm越大,Dm与P存在较为显著的线性回归关系。孔隙轮廓愈不规则,Ds愈大,各孔隙的Ds分布符合总体正态分布形式。研究结果揭示了模型参数对QSGS算法生成的微观结构的影响,为合理选取参数提供了科学依据。     

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。     

Rotifer communities in the Laurentian Great Lakes, 1983–2006 and factors affecting their composition

Rotifer communities were examined from the open waters of the Laurentian Great Lakes between 1983 and 2006 in the first inter-lake comparison involving all five lakes. Seventy rotifer taxa were found in summer samples, although most (> 80%) individuals were drawn from the following taxa: Conochilus unicornis, Polyarthra vulgaris, Keratella cochlearis, Kellicottia longispina, Keratella crassa, Synchaeta spp., Polyarthra major, Ploesoma truncatum, Keratella earlinae, and Keratella quadrata. Distributions of Filinia longiseta and several species of Brachionus and Trichocera were restricted to regions of higher trophy, notably the western basin of Lake Erie, but most taxa were widely distributed, differing in relative dominance rather than presence or absence. Rotifer community structure appeared to respond in tractable ways to differences in trophic state, with the four most common genera exhibited the following preferences, in order of decreasing trophy: Polyarthra, Keratella, Conochilus, and Kellicottia. Recent oligotrophication in Lake Huron was reflected in decreases in Keratella dominance and increased dominance of Conochilus, while in Lake Michigan oligotrophication was associated with decreases in Polyarthra and Keratella and increases in Conochilus, and Kellicottia. In Lake Ontario, the appearance of the exotic predatory Cercopagis pengoi was strongly associated with dramatic reductions in Polyarthra, while more gradual sequential increases in the dominance of Keratella, Conochilus and Kellicottia were probably the result of decreasing trophic state. Bythotrephes was identified in multivariate analyses as correlating strongly with rotifer composition, although only in Lake Michigan was a clear relationship between the predatory cladoceran and rotifer species shifts observed.     

Hantush’s M(α, β) and M*(α, β) are Generalized Incomplete Exponential Functions

It is pointed out that Hantush’s M(α, β) and M*(α, β) functions, two functions that arise with respect to groundwater pumping modeling, are particular cases of the generalized incomplete exponential functions known in the mathematics/statistics literature. Some relevant computational issues are discussed.     

Trophic connections in Lake Superior Part II: The nearshore fish community

We use detailed diet analyses of the predominant planktivorous, benthivorous and piscivorous fish species from Lake Superior to create a nearshore (bathymetric depths < 80 m) fish community food web. The food web was based on analysis of 5125 fish stomachs collected seasonally (spring, summer, fall) from 9 nearshore sites in 2005. Based on mass of prey items, nearshore diets across all sites and seasons were similarly structured with a dominance of macroinvertebrates (Mysis diluviana and Diporeia spp). Although the piscivorous fishes like lean lake trout (Salvelinus namaycush) fed to a lesser extent on Diporeia and Mysis, they were still strongly connected to these macroinvertebrates, which were consumed by their primary prey species (sculpin spp., rainbow smelt Osmerus mordax, and coregonines). The addition of Bythotrephes to summer/fall cisco and lake whitefish diets, and the decrease in rainbow smelt in lean lake trout diets (replaced by coregonines) were the largest observed differences relative to historic Lake Superior diet studies. Although the offshore food web of Lake Superior was simpler than nearshore in terms of number of fish species present, the two areas had remarkably similar food web structures, and both fish communities were primarily supported by Mysis and Diporeia. We conclude that declines in Mysis or Diporeia populations would have a significant impact on energy flow in Lake Superior. The food web information we generated can be used to better identify management strategies for Lake Superior.