风力影响下湖泊湍流特征及其对湖泊污染沉积物影响研究

湖泊水体内的悬浮物浓度是衡量水质的重要参数,悬浮物浓度则受到湖底沉积物的悬浮沉降过程影响.本次试验测量风速影响下淡水湖泊中的切应力以及湍流动能等参数的变化,并建立风速与悬浮物浓度、切应力、湍流动能的拟合曲线,计算得到底泥起悬时的临界风速值为4.5 m/s,影响沉积物悬浮的切应力主要为波切应力,湍流动能与切应力和悬浮物浓...     

太湖湖流、波浪、沉积物的三维数值模拟

运用ECOMSED模拟风速为6.5 m/s定常东南风作用下太湖流场及波浪场,对模型的适用性及可靠性进行验证;在此基础上进行波流共同作用下沉积物再悬浮数值模拟,得出沉积物-水界面切应力及水体中悬浮物浓度分布。结果表明:太湖有效波高范围在9~29 cm之间,有效波高的空间分布与风速、风向和水深有很大的关系,同时波浪对切应力会产生很大影响,而切应力的分布决定了悬浮物浓度的分布,风浪及地形要素是导致太湖悬浮物浓度变化的重要因子。模拟结果与现有实验成果较吻合,说明运用该模型模拟太湖沉积物再悬浮的结果可靠。     

黄河口水下三角洲冬季床面变化初步观测研究

黄河携带大量泥沙入海,底床沉积物在波、潮、流等水动力条件作用下会不断地发生再悬浮与输运,形成黄河三角洲海底面的动态变化过程。利用自主研发的电阻率探杆三脚架,观测了水动力作用下海床面的侵蚀与淤积过程。研究结果显示,研究区涨落潮过程中海水浊度的变化主要受波高的影响,近底床位置海水浊度的变化趋势是涨潮过程中海水浊度上升,落潮过程中海水浊度降低。侵蚀或淤积是海床面泥沙的再悬浮与悬沙沉降共同作用的结果。研究区冬季的海床面变化以侵蚀为主,当沉降作用强于侵蚀淤积作用时,即使海床所受切应力大于沉积物临界切应力,海床仍发生淤积。     

壳聚糖改性黏土作用下湖泛致黑悬浮物的沉降特性研究

为了探讨湖泛致黑物质在壳聚糖改性黏土作用下的絮凝沉降以及再悬浮的规律,利用柱状水槽再悬浮发生模拟装置,选取壳聚糖改性黏土(1 g/L硅藻土+0.2 g/L壳聚糖)作为絮凝剂,进行了风浪扰动作用下太湖湖泛的絮凝及再悬浮过程的室内模拟试验。结果表明:当模拟流速产生的切应力超过0.042 N/m~2时,低浊度组中的黏土絮体产生了明显的再悬浮现象;当流速产生的切应力超过0.109 N/m~2时,高浊度组发生再悬浮。对比太湖不同风速所产生的切应力,发现4 m/s以下的太湖风情产生的湖流切应力不会使黏土絮体发生再悬浮。研究旨在为太湖湖泛的应急处置提供参考。     

水动力作用下太湖底泥的再悬浮通量

对太湖梅梁湾水体开展了两次野外实验,利用沉积物捕获器收集沉积物,研究了太湖悬浮物的沉降特征,计算了悬浮物的沉降通量和再悬浮通量,并建立了其与风速的关系。结果表明：太湖无机颗粒沉降是悬浮物沉降的主要形式。太湖平均风速在8m/s以内时,总悬浮物、有机物颗粒和无机物颗粒的沉降通量和再悬浮通量均呈现随风速增大而增大的特性,风速大小直接影响悬浮物在垂向的分布及垂向的沉降通量分布,并且相关性较好。该结论说明Gansith公式法适合于计算太湖再悬浮通量。     

不同水动力扰动下沉水植物对沉积物重金属释放的影响

在风浪扰动条件下,沉积物再悬浮会造成重金属的二次释放。沉水植物可以有效地改变水流条件并抑制颗粒物再悬浮,从而一定程度地改善水体的生态环境。该文通过室内环形风动水槽模拟实验,利用ADV测流技术与悬浮颗粒物(SPM)浓度表征悬浮量的方法,分析不同水动力条件下沉水植物苦草对水流条件的影响及再悬浮过程8 h内SPM的浓度变化,并测定试验周期(35天)内重金属(Ni、Cd)于上覆水、间隙水及沉积物中的分布情况,研究不同水动力下水生植物对重金属再悬浮的影响规律。结果表明,在风速分别为3.21 m/s(小风)、5.95 m/s(中风)和8.78 m/s(大风)时3种风力的扰动作用下,植物有效高度内流速低且流速梯度小,而冠层至水面高度内流速梯度较大,水流结构以植物冠层为拐点,呈"S"形分布。上覆水SPM浓度与无植物时相比显著降低,沉积物再悬浮率下降量(W)与风速(v)呈对数关系(W=0.2194ln(v)-0.2445)。不同水动力条件下,重金属(Ni、Cd)在上覆水、间隙水及沉积物中分布情况及变化规律相似。试验期间间隙水与沉积物中重金属含量变化整体呈现下降趋势,上覆水重金属含量上升。间隙水重金属释放量与风速呈对数关系,Ni、Cd释放量分别为39.55 ng(小风)/77.91 ng(中风)/110.04 ng(大风),以及1.10 ng(小风)/1.81 ng(中风)/2.80 ng(大风)。     

太湖重污染湖区底泥沉积物特性

对竺山湖及太湖西岸湖区底泥沉积物的粒径、含水率、有机质、TN,TP含量进行研究,探讨竺山湖湾东部、竺山湖湾西部、太湖西岸北部、太湖西岸南部底泥污染物表层及垂向分布规律.结果表明,竺山湖湾沉积物中有机质、TN,TP含量高于西沿岸湖区,底泥再悬浮释放污染物风险较大;西沿岸北段清淤区垂向有机质、TN含量无显著性变化,TP含量...     

太湖波动特征分析

浅水湖泊中，富营养化程度除了依赖于外源输入外，内源释放亦是举足轻重，而底泥中的内源释放主要源于风强迫作用下形成的水面波动和底层湖流产生的剪切作用．并且波浪产生的切应力远大于底层湖流产生的切应力。此外．湖岸边界处的波浪作用够侵蚀岸堤，造成泥沙堆积而由此导致航道淤积．波浪作用引起的对水体中营养盐的水平和垂直输送会造成整个湖体中不同地区的水质差异．这也是太湖蓝藻水华爆发具有季节性和区域性的原因之一。本文基于在太湖北部、中部和南部利用波浪仪所观测的数次波浪数据．分别计算了平均波、有效波和1/10大波的周期、波高和波长及其由波浪产生的切应力，并利用验证后的浅水波浪模式．对太湖中冬、夏季盛行风作用下的易悬浮区域做了计算，发现夏季东南风作用下．西北沿岸带由其水浅和风的吹程较大而易引起的底泥悬浮．而冬季受西北风影响时易悬浮区域位于太湖东南部。     

太湖长兜港固体悬浮物再悬浮的室内模拟

定量研究浅水湖泊动力扰动与沉积物再悬浮的关系,目前仍是湖泊研究中的难点之一。实验利用再悬浮发生装置,对太湖长兜港沉积物风浪扰动进行室内模拟,建立扰动强度与有效波高之间的关系,定量分析风浪对太湖水体中悬浮物的影响及固体悬浮物在水体中的垂向分布,初步得出风浪对太湖沉积物扰动深度一般在毫米级的结论。     

长江口南槽河道水沙特性及河床沙再悬浮研究

为研究河口地区泥沙在陆海动力共同作用下的再悬浮过程和机制,基于长江口南槽河道连续8 d的水文泥沙同步观测数据,对拦门沙河道潮流速、悬沙浓度、悬沙粒径随时间变化和河床沉积物再悬浮进行了分析研究。结果表明:涨、落潮的水动力和历时存在不对称性;水体悬沙浓度随小潮到大潮的变化而逐渐增加;水体悬沙粒径也随小潮至大潮的变化而不断粗化,但细砂含量略有增加,致使细砂类出现再悬浮现象;一个潮周期内,出现3次悬沙浓度峰值;水体悬沙浓度以及悬沙粒径的变化与流速及底床切应力都有着显著相关性。     

太湖沉积物的分布和动力扰动下最大侵蚀深度的确定

利用 2 0 0 2年对太湖沉积物空间分布的调查数据 ,将太湖划分成 69× 69个网格 ,利用最优插值法对整个太湖的沉积物总量进行了计算 ,得出太湖沉积物的蓄积量大约在 1 8 5 7亿m3左右 ,主要分布在西部沿岸和北部的梅梁湾 ,在湖心和东太湖 ,沉积物覆盖量很小 ,有泥区面积占整个水面积的 47 45 % ,在 60 %的有泥区中 ,沉积物厚度集中在 2 5m以下 ,小于 5 0cm和大于 3 5m的有泥区面积所占比例不大。此外 ,利用Shields方法计算了太湖沉积物上层 1m内不同深度上的临界切应力 ,采用SMB浅水波动模式 ,计算了夏季受东南风和冬季受西北风影响下的波切应力值 ,确定了不同扰动所能引起的最大侵蚀深度。计算结果说明 ,无论上述何种风向情况下 ,能产生悬浮的临界风速大约在 5 0m s左右 ,当风速大于临界风速时 ,悬浮深度随着风速的增加而增大 ,当风速达到 2 0 0m s时所能引起的最大侵蚀深度均在 3 0cm左右。     

内外源共同作用对太湖营养盐贡献量研究

本文根据环太湖25条主要入湖河流的监测结果对入湖水量及污染物输入量进行分析,计算了不同季节外源对太湖营养物质的贡献量。分别于春、夏、秋、冬4个季节对太湖梅梁湾水体开展5次野外试验,利用沉积物捕获器收集沉积物,采用Gansith公式法计算沉积物的再悬浮通量,并建立其与风速的关系;对代表不同风浪作用下的太湖悬浮物进行7次静沉降试验,计算悬浮物的静沉降通量,并建立其与风速关系。以3.7m/s为界对底泥悬浮沉降过程进行分解和概化,并利用近10年的风速资料估算太湖年均内源释放量。计算结果表明,全年外源负荷和内源释放对太湖营养盐的贡献总量COD为24.23万t、总氮为3.80万t、总磷为2 045.20t,其中内源所占比例分别为20.47%,20.44%和13.47%外源、内源对太湖的贡献量在不同季节有较大差异,夏季贡献量最大,春季次之。风浪作用下的COD、TN释放量只相当于外源输入量的25.7%,而TP释放量仅相当于外源输入量的15.6%。外源输入量对营养盐的贡献占据相当高的比重,太湖河道入湖污染负荷的增加是太湖水质恶化的根本原因。     

管道沉积物氮及有机物污染特性研究进展

对国内外利用管道作为生物反应器去除氮及有机物、沉积物-水界面氮及有机物迁移转化等研究进展进行了综述。管道生物反应器中氮及有机物去除研究方面,国内外学者通过观测微生物含量、实地测量排水管道内污染物浓度变化、改良排水管道以实现更好的污水处理效果等方法进行研究;降雨冲刷沉积物引发污染物释放主要发生在沉积物-水界面,沉积物-水界面氮及有机物的迁移转化研究集中在沉积物-水界面层的组成及特性、沉积物-水界面的冲刷与污染、沉积物-水界面污染物的转化与降解等三方面,其中沉积物-水界面层污染物的迁移转化模型是重要研究内容之一。     

太湖典型风场作用下的水位特征研究

水位是关系太湖流域水安全问题的核心水动力参数.风场是太湖水位的决定性因素,但是两者间的相互关系尚不明确.本文基于原型观测试验采集的风场和水位数据,分析了SE和NE两种典型风场持续作用24h情况下,太湖6处水位站点的水位分布特征,总结了太湖水位对不同风速的响应关系.研究结果表明：地理位置决定了太湖水位站点的相关性,湖区北部犊山闸站和大浦口站间和南部洞庭西山站、小梅口站和吴溇站间的相关关系均较为显著;SE风向作用下,太湖水位分布特征与风速有关.9m/s风速作用下,太湖水位随风程增加而增加.5m/s左右风速作用下,太湖水位分布特征并不严格符合这一规律;NE风向作用下,太湖水位基本符合随风程增加而增加的规律,水深相同情况下,风速与环湖水位差正相关,风速相同情况下,水深与环湖水位差负相关.     

长江河口北港河道泥沙特性及河床沙再悬浮研究

基于北港上段和下段以及南支河道三个站点的7天连续同步水沙观测数据(包括潮流、悬沙含量和表层沉积物样品),通过对不同时刻悬沙浓度、悬沙和沉积物粒径组成分析,以及基于沙量平衡的粒度谱计算,对长江口北港河道泥沙特性和河床沉积物再悬浮作用进行了研究.结果表明:北港上段河道落潮时水动力强于涨潮,单宽输沙量表现为净向海输沙;河床沉积物颗粒较粗,细砂和粉砂含量可达90％以上;近底层悬沙浓度在一个涨或落潮周期内可存在两个峰值;河床沉积物再悬浮作用落潮强于涨潮.     

太湖风生流垂向切变规律的原位观测

浅水湖泊垂向环流存在着上下层反向现象,为了探究太湖湖流垂向切变规律,用声学高频流速仪ADV、ADP及风向风速仪在梅梁湾进行了9 d的连续观测;基于获取的高频同步数据,利用概率统计方法,对各层流场在不同风向、不同风速以及持续同向风场影响下的切变率进行了统计分析,并研究了流场垂向分布特征。结果表明:5月太湖梅梁湾在风向为ESE、ES、E,风速2~5 m/s,同向风场持续作用10~11h时,流场基本达到稳定且切变率最大;表层流场(水下50cm)处,切变率最小,为20%,底层流场(距水-土界面7 cm)处,切变率最大达到60%;流向改变的拐点出现在表层至中层,即水下50~100 cm;风速、风向的出现频率,以及同向风场的持续时间决定了流场反向率大小,流场反向率决定了拐点的位置。     

珠江河口潮流底边界层的湍流特征量研究

通过高频流速仪ADV和声学Doppler剖面仪ADP对珠江河口虎门潮流底边界层进行了一个周日(25h)定点连续观测,利用观测数据计算分析了洪季潮优型河口潮流底边界层内的湍流特征量.结果表明,(1)底边界层内的湍流具有一定的各向异性,脉动分量概率分布为准正态分布;(2)对于半日潮流占优的河口,湍流脉动强度、底床切应力、摩阻流速以及湍动能耗散率等均具有明显的四分之一周日的变化规律;(3)边界层内床底切应力与摩阻流速的变化范围分别为1.8×10-2～3.5×10-1Nm-2和2.2×10-3～1.8×10-2ms-1,湍动能耗散率平均值约为1.9×10-5Wkg-1.     

水生植物、水流及底泥再悬浮耦合影响规律研究进展

完整的水体概念包括上覆水、底泥以及水生植物等各种环境条件,水生植物、水流和底泥再悬浮之间的相互影响规律是水体生态环境的重要耦合演变过程。从水生植物对水流的影响、水流对水生植物的影响、水生植物对底泥再悬浮的影响3个方面,分析了水生植物、水流及底泥再悬浮耦合影响规律方面的研究进展及需要进一步研究的内容,包括:①基于人工模拟水生植物影响下的水流特性研究成果较丰富,而天然水生植物生物形态特性与水流、底泥再悬浮之间的定量影响研究尚需深入开展;②常规或极端水文事件影响下的水生植物生长繁殖过程与水流、底泥再悬浮之间的定量影响研究成果较少;③多种天然水生植物群落生物特性与水流、底泥再悬浮之间的定量影响研究尚有待推进。     

山东半岛靖海湾及其附近海域悬沙粒度特征及再悬浮作用研究

表层沉积物再悬浮作用研究一直是海洋沉积动力学中的重点和难点问题。本文尝试通过对靖海湾及其附近海域的现场观测资料及悬浮体的室内分析,对悬沙粒径的时空分布特征及其与悬沙浓度、流速的关系进行讨论,并对研究区域表层沉积物的再悬浮特点进行研究。结果表明:研究区域悬沙粒径由西向东呈现逐渐减小的趋势,而在垂向上悬沙粒径差别不大;根据潮周期内悬沙粒径、悬沙浓度、流速的变化特征及6个站位的悬沙级配曲线,推断在一个潮周期内表层沉积物出现了2次再悬浮,再悬浮产生的颗粒粒径在100～300μm,各站潮周期内的最大再悬浮量在1.49×10-3～6.66×10-3kg/m3之间。     

太湖宜兴近岸水域“湖泛”现象初析

针对太湖西北部宜兴近岸带2008年5月26日至6月9日出现"黑水团"、水体浑浊黑臭的问题,分析其产生的原因,采用实时调查监测等手段,获取水文气象与水动力和湖体水生态环境等资料信息。分析结果表明,"黑水团"是水体中水-土界面耗氧性有机物在厌氧环境背景、微生物及细菌作用下发生强烈生化反应后呈现的生态灾变现象,称为"湖泛"。其物质源以重污染底泥、沉积于水—土界面的藻类等生物质、高浓度富含营养盐的悬浮物为主。最后提出控源减污、生态清淤、加快新孟河调水工程建设以及加强动态监测和"湖泛"发生机理研究等建议。