塔里木河下游地下水化学特征对输水响应的阶段性研究

通过对塔里木河下游英苏断面地下水化学特征在生态输水作用下变化的观测资料研究发现,地下水化学特征对间歇性输水的响应表现出阶段性的特点:在受输水影响的初期地下水中矿化度和主要离子含量呈现上升变化,随着输水的进行,矿化度和主要离子的含量逐步下降,最后又表现出上升态势.根据地下水盐变化特点可将地下水化学对输水的响应划分为3个阶段:初期阶段(盐分横向累积阶段)、中期阶段(淡化压盐阶段)和后期阶段(蒸发溶盐阶段);输水间歇地下水化学特征的变化与地下水化学对输水响应表现出的阶段性特征相一致的特点.在“盐随水来,盐随水去”规律作用下,地下水化学特征的阶段性变化受土壤盐分含量、与河道距离、输水水质、水量的影响,其中土壤盐分、输送水的水质与地下水位的抬升是主导因素,而距河道远近与水量的多寡则是导致与河道不同距离处阶段性变化时间差异的重要原因.从水盐运移规律的角度考虑,河道输水方式比面上输水方式更利于生态恢复.     

基于单片机原理的土壤盐分实时观测系统

土壤中盐分浓度的观测是研究土壤盐分运移问题的前提与基础,目前所用的土壤盐分浓度观测仪器在完成多点长时间实时观测任务时存在较大的困难,迫切需要研发多点长时间连续观测的土壤盐分实时观测系统。基于单片机原理开发了土壤盐分实时观测系统,新研发的土壤盐分实时观测系统主要包括信号采集单元、数据处理单元和上位机控制单元3个功能模块,可同时对多个土壤盐分传感器所采集的土壤盐分浓度数据进行实时显示、传输、储存,具有反应灵敏、精度高、仪器轻便等特点。通过将该系统应用于一维土柱盐分运移试验中的土壤盐分浓度观测,结果表明该系统可持续稳定运行500 h以上,且工作性能稳定、数据观测准确,证明其在土壤盐分浓度观测中具有可靠性。基于单片机原理的土壤盐分实时观测系统在室内与野外土壤盐分运移试验中具有良好的应用前景。     

北京地区地下水盐分迁移变化规律研究

北京地区地下水中盐分为研究对象,在资料收集、野外调查、样品采集及测试分析的基础上,结合区域地质、水文地质等特点,分析研究区内地下水盐分的分布特征,对盐分形成的影响因素进行统计和相关性分析,并利用Visual MODFLOW软件建立地下水量、水质模型,对地下水流场、溶质运移模型进行率定,并模拟地下水污染物运移,得出地下水中盐分迁移变化规律。根据盐分迁移变化机理及模型预测结果提出该地区的污染防治方案,为该地区地下水盐分污染防治提供一定的理论基础。     

模型模拟土壤性质和植被种类对再生水灌溉水盐运移的影响

为推动再生水安全灌溉,本研究运用ENVIRO-GRO模型模拟了不同土壤性质、植被条件下土壤盐分的分布规律及累积趋势,探讨了土壤性质和植被种类对再生水灌溉水盐运移的影响.研究发现,不同土壤初始含盐量下,经多年重复模拟后最终达到统一的平衡状态;而不同土壤质地下,随着灌溉年份的增加,壤土、黏壤土中的土壤ECe年均值逐渐增加直到平衡,砂壤土中的土壤ECe年均值逐渐减少直到平衡,平衡时土层中的ECe值砂壤土〈壤土〈黏壤土.3种植被下,大叶黄杨、油松的土壤ECe值增加量小于早熟禾;土壤盐分在土层中的空间、时间分布也均有所不同.此外,不同模拟情景下,土壤盐分累积都不会影响植被的生长（黏壤土除外）,但均出现轻度盐渍化（砂壤土除外）.     

淋洗条件下砂土和粉土水盐运移过程的监测研究

土壤水盐运移过程和运移机制研究是盐渍土研究的核心问题,淋洗条件下土壤水盐运移动态规律是研究盐渍土形成、冲洗、排水、改良的理论基础.通过室内一维垂直入渗试验,采用自主研发的电阻率监测装置研究了砂土和粉土在淋洗过程中的水盐运移的动态变化特征.结果表明,监测装置的实时数据能够监测到两种土壤淋洗过程中电阻率峰值的下移和逐渐消失的过程,在每次淋洗后,砂土经过30 min达到水盐平衡,而粉土需要70 min.砂土每次淋洗脱盐的深度基本保持一致,约为35 cm,经过3次淋洗后土柱脱盐;粉土每次淋洗脱盐深度约为10 cm,经过7次淋洗后土柱脱盐.该监测装置可以针对不同土壤水盐运移的速率而设置其时间和空间分辨率从而实现水盐运移的远程、原位、动态监测,为盐渍化的监测、评估和预警提供了一种有效的手段.     

微塑料对土壤水分入渗和蒸发的影响

为探究不同丰度（土壤干重的0.5%、1%、2%）和不同类型（PP、PVC、PE）微塑料对土壤水分入渗和蒸发的影响,采用室内土柱模拟的方法,阐明了不同丰度及不同类型微塑料对土壤水分累积入渗时间、土壤含水率、湿润锋和蒸发特性等的影响,其中A1,A2,A3、Q1,Q2,Q3和Z1,Z2,Z3分别代表PE、PVC和PP在0.5%、1%和2%丰度下的实验编号.结果表明,不同类型和不同丰度下的微塑料对土壤水分入渗和蒸发存在显著差异,同类型条件下随着微塑料丰度增大,累积入渗时间显著增加,而类型不同丰度相同微塑料赋存条件下,PP实验组累积入渗时间>PVC实验组累积入渗时间>PE实验组累积入渗时间>空白实验组累积入渗时间;赋存微塑料条件下土壤含水率最大值基本呈现于土层深度10~25 cm处,空白组CK出现在20~25 cm处;相同入渗时间内土壤湿润锋运移距离和湿润锋运移速率随微塑料丰度增加而减小,当入渗时间为60 min时,A1、A2、A3,Q1、Q2、Q3和Z1、Z2、Z3湿润锋运移距离较CK分别减少4.38%、8.76%、10.58%,7.30%、10.22%、14.60%和10.95%、13.14%、15.33%,其中PP微塑料的影响最为显著;微塑料赋存对土壤水分蒸发产生抑制作用,同类型微塑料下土壤的累积蒸发量随丰度的增加而减小,在蒸发27 h时,添加2%丰度下PP、PVC和PE微塑料的实验土柱累积蒸发量比CK分别减小22.9%、19.4%和13.3%,Rose蒸发模型更能较真实地反映微塑料赋存情况下土壤累积蒸发量随时间的变化情况.研究可为微塑料赋存条件下土壤水分运移的变化研究提供理论基础.     

PE微塑料对土壤水分入渗的影响及入渗模型适宜性评价

为探究微塑料对土壤水分入渗过程的影响,通过室内土柱模拟试验,设置5组微塑料添加处理(0,1,2,4,6g/kg),研究了不同微塑料含量对湿润锋运移和累积入渗量的影响,并进一步评价了主要入渗模型在微塑料污染土壤中的适用性.结果表明,湿润锋运移速率随着微塑料含量的增加呈现出先减小后增加的特征,当含量达到T2时(微塑料含量2...     

盐分梯度驱动含水层胶体释放过程中的孔隙尺寸排阻效应研究

滨海含水层中地下水流动、胶体与溶质的协同运移具有复杂性,而含水层孔隙结构中胶体运移所诱发的孔隙尺寸排阻(size exclusion)效应对整体运移过程影响深远.本研究采用长江口砂质含水层,基于土柱渗透试验,分析盐分梯度驱动胶体运移的过程,利用Hydrus-1D和Acualntrusion Transport对溶质运移的穿透过程进行数值模拟并获取溶质运移参数,以探究胶体释放诱发的孔隙尺寸排阻效应与盐分梯度之间的响应关系,揭示孔隙排阻效应与含水层相关水文地质参数的响应机制.结果表明,海水入侵使地下水离子强度增大,同时抑制胶体释放;反之,淡水驱替时则促进胶体的释放.胶体释放峰值及总量与该过程的盐分梯度呈正相关,当0.5%～1.5%的NaCl溶液被淡水洗脱的过程中,胶体浓度穿透曲线的零阶时间矩从77.79 mg增至220.52 mg,释放峰值从209.7μg·mL^-1增至688.5μg·mL^-1,释放量显著增大.数据表明在胶体颗粒释放后,介质孔隙结构改变,所释放的带负电胶体颗粒与固体基质表面的静电斥力诱发了尺寸排阻效应,使胶体颗粒选择性地通过部分孔...     

盐度对海水中~(134)Cs行为的影响

＾１３４Ｃｓ在海水－底质系统中的转移遵循一级反应动力学模式，盐度能抑制底质对＾１３４Ｃｓ的吸附率；海藻能迅速累积海水中的＾１３４Ｃｓ；盐度对海洋生物累积＾１３４Ｃｓ有明显的影响，这种影响可用指数函数来表达。     

集约化养殖畜禽粪便农用对土壤次生盐渍化的影响评估

针对畜禽粪便中盐分残留问题,在江苏省采集分析了180个粪便样品,通过基于GIS的空间分析与基于土壤盐分累积模型的模拟预测,评估了粪便农用对土壤次生盐渍化的潜在影响.结果表明,江苏省目前畜禽粪便中盐分含量较高,最高(以干粪计)达24.2 g·kg-1;南通、盐城、连云港等沿海地区与徐州、宿迁、淮安等徐淮地区为畜禽粪便农用造成土壤次生盐渍化的高风险区;施用畜禽粪便对露天种植的土壤次生盐渍化没有显著影响,而对温室土壤影响较大,在畜禽粪便盐分含量较高(以干粪计,24.2 g·kg-1),中、高施肥量条件下[以干粪计,65～100 t/(hm2·a)],施用纯有机肥2～8 a温室土壤盐分含量增加1.0～2.5 g·kg-1,土壤可达轻度、中度甚至强度盐渍化土程度.     

太湖草、藻型湖区沉积物-水界面厚度及环境效应研究

在太湖草、藻型湖区采样,分别测定了1,3,5,10,15cm 5层沉积物和沉积物表面以上5,20,35cm处及水表面以下20cm处4层水的多项指标.结果表明:草型湖泊水柱中SS总、SS有机、Ch1-a、TN、TDN、TP和TDP等指标显著低于藻型湖区;草型湖区水柱中SS总、SS有机、TN、TDN和TP都呈现出越往下浓度越高的趋势,而藻型湖区各水层间差异不明显.两类湖区沉积物的TN、TP、TOC和粒径都在3～5cm处出现拐点;草型湖区沉积物溶解氧层厚度(＜1mm)小于藻型湖区(＜2.5mm).可见在不同的生境类型以及不同的指标体系下,沉积物-水界面的厚度也相应不同.     

河道型水库溶解甲烷浓度的空间异质性研究

以河道型水库-西北口水库为研究对象,于2021年12月采用新型快速水-气平衡装置（FaRAGE）结合温室气体分析仪对其表层水体,垂向剖面溶解甲烷（CH₄）浓度进行监测,并采集代表性河段表层水体及库底沉积物,分别测定水体CH₄氧化速率与沉积物CH₄释放速率,初步探讨了河道型水库溶解CH₄浓度的空间异质性及其影响因素.结果表明,水库表层水体溶解CH₄浓度为0.02~0.42μmol/L （平均值为0.11±0.08μmol/L）,从库首到库尾呈递增趋势;水体溶解CH₄浓度的空间异质性受水库内部CH₄产生,消耗及河道入流等多因素的综合作用,其中库尾水体因沉积物CH₄产生量大且低水深影响下CH₄消耗量较小而呈现高溶解浓度,库首水体则因为CH₄产生量相对较小且高水深影响下的CH₄消耗量较大而呈低溶解浓度;同时,河道入流可能是影响水体溶解CH₄浓度垂向分层的原因之一.     

洋河水库流域土壤与库区沉积物中磷形态特征研究

应用SMT法研究了洋河水库流域土壤、河道及库区沉积物中总磷(TP)、无机磷(IP)、有机磷(OP)、铁/铝磷(Fe/Al-P)、钙磷(Ca-P)等5种形态,分析了不同区域各形态磷的分布特征.结果表明,洋河水库流域土壤、沉积物中TP、总氮(TN)和有机质(OM)的均值含量总体变化趋势为河道>库区>土壤,其中TP含量变化不大,这说明营养盐不仅通过土壤径流、河道迁移进入库区,而且库区沉积物的释放作用同样明显.库区柱状沉积物有明显的“表层富积”现象,随着沉积物深度的增加,TP、TN和OM含量逐渐减少,在0~16cm下降趋势明显,16cm以下基本保持不变,说明库区沉积物主要以表层污染为主.土壤、沉积物中的磷以IP为主,大约占TP的46%~79%之间,且研究区各磷形态中以Ca-P为主,大约占TP的22%~68%,这与库区地质—地球化学特征有关.土壤中TP的增加主要来自于Ca-P,与该地区土壤的地质背景有关,河道沉积物中TP的增加主要来自于Fe/Al-P,即河道受到人类活动污染的影响较大,而库区TP的增加主要来自于OP,说明洋河水库的富营养化与流域的工业、生活污染以及农业面源污染有关.     

底泥盐分释放对北塘水库水质成化的影响

为研究南水北调通水后,水源改变及水库调度对底泥盐分释放的影响,2005年7月,取0～60cm深度的北塘水库原状底泥样品,在实验室内模拟分析不同底泥含盐量、不同蓄水水质及水位变动和扰动条件下底泥氯化物释放规律。结果表明,底泥中Cl~-含量为0.043%,释放强度为0.12g/m~2·d,Cl~-含量越高,释放强度越大。在底泥含盐量相同的条件下,蓄去离子水的底泥Cl~-释放强度是蓄水库水的1.87倍。扰动状态下,底泥中的Cl~-有5.0%～9.5%释放出来,高于静止状态的3.2%～5.6%。水库运行水位发生变化,将影响底泥盐分的释放。1.0m水深条件下Cl~-的释放量是1.5m水深的5.8倍。水库四周地下水中Cl~-浓度为8.0×10~3～4.2×10~4mg/L,远高于目前水库水的Cl~-浓度。因此,一定要避免水库在低于设计低水位和周边地下水水位的条件下运行,防止底泥盐分释放及地下水反向补给造成水库水质的成化。     

冻土与融土中生活垃圾填埋处理的试验研究

试验模拟了冻土及融土中生活垃圾的填埋对于周边土体的影响,通过检测填埋场各点处土壤含水量、温度、含盐量和有机质的含量,认为水分运移是影响可溶盐离子迁移的主要因素,盐分与水分的分布具有很好的一致性;温度对盐离子的迁移及有机质的分解有很大影响,温度越高,盐离子的迁移及有机质的分解速率越快。冻土环境不利于可溶盐离子及有机质的迁移与分解,冻土中各点含盐量及有机质含量高于融土。     

感潮河网溢油归宿的数值模拟研究

基于拉格朗日油粒子模型、溢油风化模型以及三维水动力、泥沙和吸附质模型构建了溢油双层数学模型.模型不仅能够模拟油膜的运动轨迹、岸边吸附与冲刷、油品性质变化过程,而且通过耦合泥沙吸附及沉积动力学过程,能够更加客观地模拟溢油从水体向底泥环境的迁移过程,更全面地反映溢油在环境中的归宿.此外,本文以假设溢油事故为背景,模拟和分析了洪、枯季节条件下珠江广州段溢油事故对河网陆地边界、河网水质及底泥环境的影响.     

湖泊疏浚对沉积物再悬浮及磷迁移影响的模拟研究

选择太湖梅梁湾污染沉积物为研究对象,选取夏季和冬季两个典型季节,进行室内模拟试验研究了湖泊疏浚对沉积物再悬浮及磷迁移的影响.结果表明,研究区模拟疏浚20 cm能够有效地抑制沉积物发生再悬浮,冬季疏浚比夏季疏浚抑制效果更好,在扰动过程中夏季未疏浚对照和疏浚水柱总悬浮物(TSS)最大含量分别为初始值的7.0和2.2倍;而冬季未疏浚对照和疏浚水柱分别为24.3和6.4倍.统计分析发现,夏、冬两季模拟试验未疏浚对照和疏浚水柱中总磷(TP)、磷酸盐(PO34--P)含量都与TSS含量变化呈现显著正相关(P<0.05),表明风浪扰动造成大量沉积物再悬浮,并伴随内源磷的释放是水柱中TP和磷酸盐的主要来源.夏季模拟试验疏浚对水柱中TP和磷酸盐负荷控制效果略差,冬季模拟试验疏浚水柱中TP和磷酸盐含量都显著(P<0.01)低于未疏浚对照.利用薄膜扩散梯度(DGT)技术研究了夏季疏浚沉积物-水界面上间隙水中溶解态活性磷(DRP)垂向分布,未疏浚水土界面中间隙水DRP扩散层厚度大于疏浚样,但疏浚样间隙水DRP在水土界面的离子浓度势能大于未疏浚对照样,表明底泥疏浚可以有效地降低疏浚区间隙水中DRP潜在的释放风险,但水动力作用下短期内可能会导致疏浚间隙水中DRP释放.对于太湖这样的大型浅水湖泊,确定最佳的疏浚时令、疏浚深度及疏浚范围至关重要.     

太湖蓝藻水华期间水体和底泥中产毒微囊藻与非产毒微囊藻种群丰度研究

运用实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,QPCR)技术研究了太湖蓝藻水华期间不同湖区水体和底泥中产毒微囊藻与总微囊藻种群丰度.结果表明,湖区间产毒微囊藻种群和总微囊藻种群丰度明显不同:在水体中,竺山湾(N5)和梅梁湾(N2)产毒微囊藻和总微囊藻种群丰度高于贡湖湾(N4)和湖心(S4...     

Effects of overlying water aeration on phosphorus fractions and alkaline phosphatase activity in surface sediment

Microbial activity may influence phosphorus (P) deposit and release at the water sediment interface. The properties of DO (dissolved oxygen), pH, P fractions (TP, Ca-P, Fe-P, OP, IP), and APA (alkaline phosphatase activity) at the water sediment interface were measured to investigate microbial activity variations in surface sediment under conditions of two-month intermittent aeration in overlying water. Results showed that DO and TP of overlying water increased rapidly in the first week and then decreased gradually after 15 day of intermittent aeration. Microorganism metabolism in surface sediment increased pH and decreased DO and TP in the overlying water. After two-month intermittent aeration, APA and OP from surface sediment (0–2 cm) were both significantly higher than those from bottom sediment (6–8 cm) (p < 0.05), and surface sediment Fe-P was transferred to OP during the course of microorganism reproduction on the surface sediment. These results suggest that microbial activity and microorganism biomass from the surface sediment were higher than those from bottom sediment after two-month intermittent aeration in the overlying water.     

底泥翻耕对巢湖西部聚藻区黑臭风险的预控效果

聚藻区高有机负荷表层底泥已被证实是西巢湖黑臭频发的主要因素,但能否借鉴像控制湖泊内源污染的翻耕方式对黑臭进行预控,则有待于与过程有关的试验研究.基于湖泊底泥再悬浮特征和耕作性能设计的底泥翻耕措施,借助能够模拟湖泊风浪与沉积物再悬浮的大型装置,通过藻体堆积诱发试验,研究黑臭诱发过程中上覆水水色,ρ（Fe2+）、ρ（S2-）的动态,新生沉积物-水界面底泥关键物化指标以及底泥间隙水Fe、S变化对底泥翻耕的响应过程.结果表明:①翻耕深度对黑臭影响较大,PT15（15 cm深度的翻耕处理组）达到了对湖泛黑臭的控制,当第8~14天PT2、PT5、PT10（2、5和10 cm翻耕处理组）,CK（对照组）和Blank（空白组）相继发生黑臭时,PT15上覆水主要致黑物质为Fe2+和S2-,其质量浓度分别为PT2、PT5、PT10、CK和Blank的68.6%、79.5%、48.1%、46.7%、51.3%和75.2%、65.7%、57.1%、74.5%、75.0%.②PT15可明显提升新生泥-水界面对蓝藻堆积及缺氧环境的耐受力,黑臭诱导模拟后,其底部水体及泥-水界面的ρ（DO）、E_h和pH均远高于发生湖泛黑臭处理组,ρ（∑H₂S）却明显低于发生湖泛黑臭处理组,表层底泥间隙水中ρ（Fe2+）为0.54 mg/L,仅为发生湖泛黑臭处理组的25.3%~33.7%,ρ（Fe2+）占ρ（TFe）的比例为25.2%,远低于发生湖泛黑臭处理组（约40.0%）,表层底泥中w（AVS）（AVS表示酸可挥发性硫化物）为0.51 μg/g,仅为发生湖泛黑臭处理组的14.6%~17.2%.研究显示,底泥翻耕作为一种底泥物理改良方式,对于聚藻区内底泥,因其将有机污染负荷较重的表层翻转至了下层,阻隔了表层污染底泥中物质迁移供给和对厌氧微生物参与的控制,在藻体大量聚集和死亡的水柱环境中可较好地阻止致黑致臭物的形成,有效控制了湖泛黑臭的发生.