滨海平原水库底质对铬的吸附作用

以天津滨海地区北大港水库底质为研究对象,采用室内土柱试验,研究库底不同位置底质对铬的吸附动态变化特征,同时探讨了底质对铬的吸附机理。研究结果表明:水库不同位置的底质对铬的吸附能力不同,入库口处底质对水库中铬的吸附作用很容易达到饱和,达到饱和后,底质中残留的铬会释放到水体中;而水库出水口与库中心位置对铬吸附能力很强,很难达到饱和,从而有效地降低水体中铬的含量。底质对铬的累积吸附量与孔隙体积数的变化曲线符合直线型方程;底质对重金属铬的吸附作用与底质固体颗粒粒径大小、阳离子交换量和含盐量等因素有关。     

洋河水库底泥磷的释放规律研究

本文研究了洋河水库底泥中磷的释放规律。通过调整上覆水的DO、pH、温度等条件，在室内进行静态模拟试验，得到了如下结果：厌氧条件促进底泥无机磷的释放，好氧条件抑制底泥磷的释放，同时还可吸收水体中的磷；弱酸性或弱碱性上覆水条件均促进底泥中磷的释放；随着温度的升高，底泥中无机磷的释放量也随之增加。     

底泥污染物释放水动力特性实验研究

在环境水动力学中,河口地区的河流底泥污染物释放扩散特性的研究越来越受到人们的重视.实际上,污染物在底泥和上覆水体之间的释放扩散,对上覆水体水质有很大影响.底泥污染物释放扩散受到底泥本身物理性质和上覆水体水动力特性的共同作用.本文对底泥污染物向上覆水体释放扩散规律进行了水槽实验,通过对水体中底泥释放污染物COD浓度的测量分析,初步得到了底泥污染物在动水条件下的释放机理.底泥污染物释放主要分为两种形式:一是底泥污染物泥水界面释放,二是底泥污染物起动悬浮释放.随后结合底泥污染物释放的水槽模拟实验,天然河道(苏州河)现场实测资料,对三者进行了分析比较.它们相互符合得较好,所反映的基本规律是一致的,表明了本文实验研究的合理性和可靠性.     

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)。     

田庄水库沉积物与水体之间氮素交换过程研究

通过采集田庄水库底泥样品,进行了室内土柱模拟试验,初步探讨了水体中氨氮向硝氮转化的规律,分析了底泥孔隙本氮的垂向分布特征。并采用费克定律估算了沉积物-水界面的氮素交换通量。试验结果表明．通过模拟试验得到的氮素交换量仅仅是表现释放量,沉积物是上覆水体氨氮的重要来源,是硝氮的汇。氨氮的年释放量为135．02t。硝氮进入沉积物的量为49．65t。     

碧流河水库下游河道生态需水分析及应对措施研究

天津滨海平原水库普遍存在的水质咸化问题,以北大港水库为研究对象,采用野外调查和取样分析方法,识别了北大港水库不同季节水质咸化垂直分布规律,同时分析了水库水质咸化机理及其影响因素。研究结果表明:从电导率、氯离子和总溶解性固体(TDS)等代表性咸化指标来看,相对于引黄水,水库水各站点均存在咸化现象,并且出库口水质咸化程度明显高于进水口;不同站点电导率、氯离子浓度和总溶解性固体(TDS)值分别为867.5μS/cm、0.41g/L和1.46g/L,水体呈弱碱性;北大港水库水质咸化程度有季节性变化,为夏季略高于春季;水库各站点氯离子浓度和TDS值垂向上均随深度的增加而降低,但不明显;而电导率则随着深度的增加而增加,且变化明显。研究还发现,水库水质咸化受土壤含盐量、温度和混合作用的影响:从各站点水平分布来看,越靠近海岸线土壤含盐量越高,水质咸化现象越严重;温度的升高会影响底泥盐分的释放,温度越高,底泥中Cl-越容易释放;引黄水进入水库后,水库水体垂向发生了混合作用,导致氯离子和TDS垂向方向变化很小。     

北大港水库水质咸化规律与影响因素分析

天津滨海平原水库普遍存在的水质咸化问题,以北大港水库为研究对象,采用野外调查和取样分析方法,识别了北大港水库不同季节水质咸化垂直分布规律,同时分析了水库水质咸化机理及其影响因素。研究结果表明:从电导率、氯离子和总溶解性固体(TDS)等代表性咸化指标来看,相对于引黄水,水库水各站点均存在咸化现象,并且出库口水质咸化程度明显高于进水口;不同站点电导率、氯离子浓度和总溶解性固体(TDS)值分别为867.5μS/cm、0.41g/L和1.46g/L,水体呈弱碱性;北大港水库水质咸化程度有季节性变化,为夏季略高于春季;水库各站点氯离子浓度和TDS值垂向上均随深度的增加而降低,但不明显;而电导率则随着深度的增加而增加,且变化明显。研究还发现,水库水质咸化受土壤含盐量、温度和混合作用的影响:从各站点水平分布来看,越靠近海岸线土壤含盐量越高,水质咸化现象越严重;温度的升高会影响底泥盐分的释放,温度越高,底泥中Cl-越容易释放;引黄水进入水库后,水库水体垂向发生了混合作用,导致氯离子和TDS垂向方向变化很小。     

河道底泥污染物释放控制试验研究

采用自主研制的环形水槽试验装置，研究了水动力条件下河道底泥的污染物释放特性，开展了原位覆盖和原位固化对底泥污染物释放控制效果的研究。试验结果表明:河道水流速度直接影响底泥污染物的释放特性；底泥随流速逐渐增大分别呈现“未起动”、“少量动”和“普遍动”三种状态。流速小于起动流速时，底泥未起动，上覆水中污染物释放量、浊度与静水条件接近。流速大于起动流速时，底泥大幅起动，上覆水中污染物释放量大幅增加。原位覆盖和原位固化均能有效控制底泥污染物的释放。与未处理相比，原位覆盖后的污染物控制率能达到60％ ～90％，砂层的压重作用避免底泥大规模起动，进而导致上覆水中的污染物含量大幅降低。原位固化后的污染物控制率为97％，但固化会导致上覆水ｐＨ升高使水体呈碱性。     

间歇性波浪扰动下河口底泥中磷释放特性研究

作为反映河流、海洋水体受污历史的载体,河口底泥在污染达到一定程度时易在海洋动力作用下释放沉积其中的污染物,影响水体水质。为了明确秦皇岛近岸海域内污源染,量化波浪扰动下底泥释放对水质的影响,该研究以波流水槽为动力试验设备,选取秦皇岛污染最严重的河流之一大蒲河的河口底泥为研究对象,试验研究河口底泥在间歇性波浪扰动下磷的释放特性。总磷在波浪扰动下的释放可分为浓度迅速增加的初期和浓度随时间线性增加的稳定期两个阶段,浓度随波高增大而升高,且在波高大于8 cm时与浊度呈显著正相关。溶解性总磷受浓度梯度和波浪引起的孔隙水压力影响向上覆水体迁移扩散,随时间呈小幅增加。总磷在波浪扰动初期的释放强度为2.00×10~(-3)–8.75×10~(-3) mg/m2/s,是稳定期释放强度0.50×10-4–2.25×10~(-4) mg/m~2/s的18–40倍,且两个阶段的释放强度均随波高呈指数增长。当波浪强至起动底泥,原先的泥水界面释放转为底泥起动悬浮释放,水体中颗粒态磷取代溶解态磷成为磷的主要赋存形态。间歇性波浪扰动静置期,颗粒态磷的吸附沉降使得水体中总磷浓度和颗粒态磷的比例大幅降低。     

底泥污染物的环境行为研究进展

综述了底泥主要污染物重金属、营养物质(氮、磷)和难降解有机物向上覆水体释放的机理和影响规律,并指出该研究领域尚需解决的技术难题:重视对能代表大水体实际情况实验装置的研制开发以及野外观测与室内实验的密切结合、加强沉积物—水体界面之间物质扩散交换过程的机理研究,建立污染物释放模型;加强底泥污染物释放的动力学研究。     

典型盐碱地改良区农田排水沟水体与底泥界面氧通量研究

农田排水沟水体与底泥中的氧含量决定了底泥中各种生源要素的最终归趋,对维持农田排水沟的水环境至关重要。本论文以陕西富平县卤泊滩盐碱地改良区农田排水沟水体与底泥为研究对象,从环境微界面角度出发,根据多年监测数据构建室内试验,采用高分辨率微环境固液剖面传感系统(丹麦Unisense微电极系统),探究了研究区农田排水沟水体与底泥界面氧通量变化规律。研究结果表明:底泥中的溶解氧随深度的增加逐渐减小,直至溶解氧浓度为零,到达厌氧层;溶解氧剖面浓度的实测值与Profile模型模拟值的相关系数均在0.995以上,表明该模型能客观地描述溶解氧在农田排水沟水体与底泥扩散边界层和底泥中的分布;农田排水沟上游不同监测点位的底泥含氧层厚度在3.5～6 mm之间,而下游监测点位的底泥含氧层厚度约为1.5 mm,差异显著;通过氧浓度线性分布、剖面拐点法得到氧气扩散边界厚度,上游监测点位的氧气扩散边界层厚度基本在1 mm,而下游监测点位的氧气扩散边界层厚度减少至0.2 mm。农田排水沟水体与底泥界面氧通量的测定,对于认识农田排水沟底泥的地球化学过程及水环境作用机理具有重要意义,可为农田排水沟水环境治理提供参考依据。     

滨海水库沉积物盐分释放水化学特征变化

以北大港水库为研究区,通过野外实地采样和批试验相结合的方法,对滨海水库库水和沉积物混合后盐分和各主要离子指标的变化规律进行分析,探究库水和沉积物之间的水文地球化学作用,揭示水库咸化机理。结果表明：库水和沉积物在混合条件下,沉积物中的盐分会释放到库水中,各水化学指标能够快速地达到平衡;各采样点溶解性总固体(TDS)均先快速增加,而后盐分释放达到平衡,平衡后TDS释放量整体呈现出水库下游采样点>水库上游采样点的规律;Na⁺和Cl^-是库水和沉积物水文地球化学作用过程中发生变化的主要离子,Na⁺、Cl^-最大释放量分别为7 597.25 mg/kg和11 097.00 mg/kg。在库水和沉积物相互作用中各采样点的Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺和SO₄^2-发生着不同程度的增加或减少,Cl^-均有所升高,HCO₃^-     

Experimental investigation on diffusive contaminant release from permeable sediment layer under unidirectional unsteady flow

The interfacial diffusive contaminant（phosphorus） release from permeable sediment layer into overlying water column under a unidirectional unsteady（periodic） flow condition was experimentally measured and analyzed. The experimental results indicate that the gross diffusive contaminant release rate is substantially enhanced as compared to that under a steady flow condition, and this enhancement trend is much more pronounced in an immediate release stage. The interfacial diffusive contaminant release rate tends to increase with the increasing flow velocity, decreasing period and augmenting amplitude for the case of the unsteady flow. The additional interfacial diffusive contaminant release under the unsteady flow condition may be related to the hydrodynamic response of the diffusive boundary layer to the flow unsteadiness of the overlying water, depending upon not only the periodic thickness variation of the diffusive boundary layer immediately above the sediment-water interface modulated by the temporal flow velocity of the overlying water column but also the intensified turbulent mixing between the overlying water and the pore-water within the superficial sediment layer induced by an alternate acceleration/deceleration fluctuation during each period.     

潼关高程冲淤变化的影响因素及其作用机理

水库上游来水、来沙条件和水库运用方式是影响潼关高程抬升的独立影响因素;潼关上游来沙条件是造成潼关高程上升的唯一源泉,是介于水库运用方式和水量之间对潼关高程冲淤变化起调节平衡作用的淤积体供应源,而水库运用方式和来水条件之间的相互作用则决定了泥沙淤积的数量和部位。库区冲淤变化、潼古段冲淤变化及潼古河段疏浚清淤等是影响潼关高程抬升的间接因素。通过分析直接影响因素和间接影响因素对潼关高程的影响机理和作用,进一步阐释了潼关高程上升与渭河下游淤积发展的关系,为有关决策部门解决潼关高程缓慢上升和渭河下游淤积发展问题提供科学依据。     

抽水蓄能电站下库长系列年泥沙淤积特性研究

为了把握长系列年水沙过程对抽水蓄能电站下库区河床调整的影响,以天池抽水蓄能电站下库为例开展了不同长系列年库区冲淤变形的数值模拟。根据下库水位周期性变化的运行特点,建立了基于MIKE的水沙数学模型,并进行了模型参数调试与验证;模拟给出了长系列年的库区淤积总量及排沙比;同时也给出了库区淤积的沿程分布与特征河段的淤积过程。成果分析表明:库区淤积发展状况与水沙系列相互响应,泥沙淤积主要呈现三角洲形态,淤积重心主要集中于拦河坝上游0.5~1.8 km范围内;不同河段的淤积特性不同,淤积物组成也不同,主要与其所处环境的水力与边界特性有关;频率洪水在长系列年水沙过程中虽然占据时间不长,但在库区河床冲淤量中有重要影响;要提高排沙效率、减小淤积,需要进一步调整改善下水库的洪水调度与电站运行。研究成果与同步物理模型试验结果基本一致,可供抽水蓄能电站水库调度运行参考。     

北大港水库水质咸化特征与沉积物盐分释放

选择天津滨海地区北大港水库为研究对象，采用野外调查和数据分析相结合的方法，于夏季对水库不同位 置取样，分析水体 pH 值和主要咸化指标溶解性总固体（TDS）及 Cl ?质量浓度，研究北大港水库不同位置水质咸化 的变化规律，对水库咸化机理进行探讨。研究发现：沿着水流方向自西向东，TDS 和 Cl ?质量浓度呈现“水库上游 闸＞水库下游闸”的分布特征，而 pH 值正好相反，沿着水流方向水体咸化呈现逐渐减弱的趋势；北大港水库水体 各指标在垂向分布上可分为两种类型：“混合型”水体，多分布在水库水流上游西侧进水闸口（南岸进水闸、赵连 庄闸、马圈进水闸、大港农场闸和刘岗庄闸），水库东南部的沙井子闸以及东北部的出水闸（十号调节闸和排咸 闸）；“分层型”水体，TDS 和 Cl ?质量浓度在垂向上均随着深度的增加而增加，其中三号泄水闸最具代表性。沉积 物盐分释放对水库咸化有影响。     

2-D FLOW AND SEDIMENT SIMULATION FOR THE FLOOD REGULATION OF A RESERVOIR WITH WATER INTAKE

In this paper, the flood regulation by operating the downstream sluice gates for a reservoir with a water intake is studied. The two-dimensional depth-averaged flow equations are solved by the boundary fitted finite volume method (FVM) based on MacCormsck prediction-correction scheme. The bed deformation caused by both the bed load and incoming suspended sediment is determined in a coupled way. The model is used to simulate the practical flood regulation operation of a reservoir. The results have been compared with the physical experiment.     

丹江口水库汉江干流库区淤积分析

丹江口水库建成后,改变了天然河道的水沙输移条件,入库水沙受人工调度控制,进入了水库淤积重新造床过程,自建库至 2003 年,入库沙量 98 ％以上都淤积在库内,其中有 85 ％的淤积量都分布在干流库区内 , 出库的泥沙也都是异重流冲泻质。根据丹江口水库历史及近期资料,对汉江干流库区纵、横、垂 3 个方向的淤积分布进行了详细的分析研究,为三峡水库的运用提供良好的借鉴。     

Numerical research for contaminant release from un-suspended bottom sediment under different hydrodynamic conditions

Contaminant release from bottom sediments in rivers is one of the main problems to study the environmental hydrodynamics. Contaminant will release into the overlying water column under different hydrodynamic conditions through pore-water in sediment, the release mechanism can be roughly divided into convection diffusion, molecular diffusion and adsorption/desorption. In this article, phosphorus was as a typical contaminant with sorption. Through theoretical analysis of the contaminant release, according to different particle-sized and hydraulic conditions, the mathematics model of contaminant release can be established by the coupled Navier-Stokes equation, Darcy equation, solute transport equation and adsorption/desorption equation. Then that model was verified by flume experiment. Numerical studies show that, under different velocity, the instantaneous concentration of convection diffusion is about 6 times to 50 times larger than that of molecular diffusion during initial stages. The concentration of molecular diffusion is about 1 times to 4 times larger than to that of convection diffusion during late stages. Through analysis, the diffusive boundary layer near the interface can be obtained. In addition, the release will increase with particle size decreasing, and the release will be influenced much more by the size change when the particle size is relatively big under different velocity.     

长江三峡工程水文泥沙原型观测

三峡工程运行后,大量泥沙将在水库内淤积,下游河床将发生冲刷,其泥沙问题是三峡工程建设中的关键性技术问题之一.我国高度重视三峡工程泥沙问题,投入了大量的人力、物力和财力,在开展泥沙问题研究的同时,更加注重水文泥沙原型观测工作,收集了大量的水位、流量、悬移质泥沙、推移质泥沙、水库淤积、坝下游冲刷和重点河段河道演变原型观测资料,目前已取得显著成效,并且推动了对长江水文泥沙规律的认识和泥沙研究的发展.介绍了长达70 a的工程论证过程以及建设过程中的三峡工程水文泥沙原型观测及其进展情况.