温度异重流作用下三峡香溪河库湾春季营养盐时空分布特征研究

三峡蓄水后,香溪河库湾春季出现多次水华现象,其与库湾水动力场及营养盐的时空分布密切相关.本文采用数值方法模拟初期蓄水后温度异重流作用下香溪河的水动力场分布,以守恒物质为示踪剂得到香溪河库湾春季营养盐的时空分布特征.结果表明,初期蓄水后,香溪河库湾流速大幅降低,水体滞留时间增加,上游来流对营养盐的输移作用明显减弱,营养盐易在库湾长时间聚集;同时库湾与长江干流水体温差增大,在异重流作用下,长江干流水体在春季沿表层流入库湾,相应营养盐也随水流带入,干流水体对香溪河库湾营养盐的补充作用明显.异重流的存在对营养盐空间分布影响较大,其影响范围随三峡坝前水位及香溪上游来流不同有小幅变动,通过示踪剂的浓度沿程分布可直观给出香溪河上游来流及长江干流入流在库湾的主要影响区域.研究可为三峡水利枢纽正常运行后库湾支流营养盐的控制和治理提供方法和依据,也可为相似库湾营养盐的分布特征研究提供参考.     

香溪河生态调度方案的数值模拟

对2005～2007年间春季三峡水库香溪河支流库湾的水动力及总磷(TP),总氮(TN)和叶绿素A(chl-a)等生态因子的时空分布进行了数值模拟,并将模拟结果与同期实测的chl～a浓度进行了对比分析,表明库湾chl-a浓度与上游来流量的相关关系明显强于与香溪河河口水位的相关关系,据此推断利用三峡水库的小幅水位波动(10～20 cm/d)对支流库湾进行生态调度的效果将是有限的,而利用香溪河上游的小型水利水电工程对香溪河库湾进行水动力调度与调控,则可望取得更有效的生态改善效果.     

人控调度方案对库区支流水动力和水质的影响机制初探

水库蓄水运行后将显著改变库区支流的水动力和水质条件.在这种既定状态,改变枢纽的人控调度方案将产生不同的调度期库区出口断面泄流过程和库水位变动过程,进而产生不同的库区支流水动力条件.水动力条件的改变将对支流水质产生不同影响.基于此,以三峡水库为例,结合实测地形资料构建了三峡库区一维水动力和水质模拟模型,并通过模拟详细探讨了三峡枢纽不同人控调度方案对库区支流水动力和水质的影响.香溪河支流模拟结果表明:三峡枢纽的调峰运行方案和三峡水库的蓄放方案可产生人工潮汐作用和整个支流范围内的干支流水体交换和掺混,提高支流水体流速,对改善支流水环境有利.     

香溪河水动力因子与叶绿素a分布的数值预测及相关性研究

建立三峡水库支流库湾富营养化模型,利用模型对三峡水库蓄水以来,香溪河支流库湾的水动力、总磷、总氮及叶绿素a(chl-a)浓度进行数值模拟,绘制水动力与同期实测的chl-a浓度在时间及空间域中的分布等值线,寻求水动力流速因子和chl-a浓度之间的相关关系,表明蓄水三年来藻华爆发期间库湾节点速度与chl-a浓度存在负相关,相关性可以采用对数曲线予以描述,根据相关点据的包络线方程可以由库湾流速预测可能出现的chl-a浓度峰值,结合上游来流及三峡水库水位的变动情况,预测chl-a浓度的演变趋势.数值模拟工作还表明,库水位50cm/d的降幅可对支流库湾chl-a浓度产生明显影响,但通过库湾水体的局部振荡或立面循环运行改善水动力条件的方法可能更具现实意义.     

三峡库湾香溪河生态环境研究进展

香溪河流域系长江三峡水库湖北省库区最大的支流,三峡水库蓄水后,形成了库区首段回水顶托的缓流库湾,因而改变了水动力学参数,使该支流的生态环境也发生了改变.综述了三峡库湾香溪河在三峡工程蓄水前后的水体及库岸生态环境的变化,引用参考文献27篇.     

香溪河库湾春季水华纵向分布对水层结构的响应

为研究三峡水库支流库湾春季水华暴发空间差异及成因,本研究于2010年4月18日对三峡水库干流和香溪河库湾的水动力、营养盐、浮游植物等因子进行了现场监测.结果显示：三峡水库支流春季水华浮游植物生物量及群落结构空间差异较大,库湾中上游暴发了严重的硅藻水华,而下游及三峡水库干流没有水华;库湾中复杂的分层异重流对水温结构产生显著影响,使其呈独特的垂向分层;水温分层纵向差异导致的光混比（Zeu/Zmix）纵向分布差异是引起水华情势和浮游植物群落结构纵向差异的主要原因.研究结果将为三峡水库支流水华机理和防控措施研究提供支撑.     

香溪河库湾春季藻华生长的影响因子分析

2007年2～5月在三峡水库香溪河库湾及其支流布置了17个断面,对藻类生长指标叶绿素a、相关环境因子及水动力因子进行同步监测,据此分析水华期间叶绿素a浓度和相关环境因子的动态特性.结果表明,香溪河库湾在监测时段内属于重富营养水平,库湾内叶绿素a、环境因子及流速分布具有较显著的空间差异,香溪河的藻类生长可能主要受NO3-N和SiO3-Si的影响,各分区对藻类生长有显著影响的因子各不相同.香溪河库湾流速较小,藻类在香溪河的生长体现出较大的空间异质性,而这种空间异质性与流速的空间的差异性有着较显著的相关关系.     

三峡水库香溪河库湾水-气界面N2O通量特征

采用气象色谱-密闭式暗箱法对三峡水库香溪河库湾水-气界面N2O通量进行了为期1年的观测.结果表明,香溪河库湾水-气界面N2O通量呈明显的季节性变化特征,秋末、冬季N2O释放通量高于其他季节,且呈明显的波动状态;夏季和秋季N2O排放水平较低,通量变化范围较小.总体上,香溪河库湾水-气界面N2O全年呈释放状态,但释放通量较小,与加拿大魁北克地区水库N2O释放通量相当.下游A点的释放通量明显高于中游B点,其年平均释放通量分别为0.226mg.m-2.d-1和0.164mg.m-2.d-1.通过对N2O释放通量与环境因子的相关性分析发现,香溪河下游A点的N2O释放通量受气温、水温、pH值等影响显著;而B点的N2O释放通量除与气温相关性较显著外,与其他环境因子的关系不显著.     

三峡水库蓄水期间香溪河库湾营养盐动态特征研究

2007年9-10月在三峡水库蓄水期间对香溪河库湾进行持续监测,并对其主要营养因子的动态特征进行了比较分析.结果表明;蓄水初期,香溪河库湾营养盐分布差异很大;蓄水完成后.香溪河库湾营养盐含量和长江趋于一致.香溪河库湾中TP含量由0.072 mg/L下降到O.066 mg/L,P04-P由0.032 mg/L升高到0.047 mg/L;TN含量略有升高,由0.785 mg/L升至0.817 mg/L,其中NO3-N占TN的百分比从66%增加到87%;D-Si浓度升高了约1.5倍.在3个控制断面,底层TP,PO4-P和D-Si含量大于表层,N在深度方向上没有明显规律.营养盐结构方面,Si/N＞1,Si/P＞10,有22%的N/P大于22,56%的介于10-22,22%的小于10.     

三峡水库澎溪河（小江）回水区一维水动力特征分析

利用HECRAS水动力模型,对三峡水库运行初期（2007—2008年）澎溪河流域回水区段的一维水动力特征进行了模拟研究。在其库湾、河汊、大面积淹没区或消落带等水域,通过建立虚拟堤坝、划分成水体主要输送干道和储水区域的方式对河道进行概化;经参数率定与模型验证,确定糙率取值范围为0.27~0.35,所建立的模型具有较好的模拟精度。采用准非恒定流的方式对研究期间水动力过程进行模拟演算发现,低水位状态下澎溪河回水区上游河段断面平均流速将超过0.5 m/s,接近天然河道;而在高阳平湖处形成独立且相对封闭的大面积浅层     

三峡库区堆存生活垃圾重金属溶出特性实验

堆存生活垃圾中元素的溶出特性,是研究库区堆存生活垃圾综合治理技术及对水环境影响的基础.文中对三峡库区坝前135 m下堆存生活垃圾进行水下动静态浸泡实验,并研究得到了不同水固比时重金属溶出分配系数以及各种重金属的溶出速率,结果表明,Cd的分配系数较小, 水固比以及浸泡时间对分配系数及溶出速率影响较大,但在水固比达400时趋于平衡.库区堆存生活垃圾在水下浸泡时,在3周内,重金属元素溶出含量约为静态时理论最大含量75%;随着浸泡时间的增加,溶出速率降低较大,并且在较小的水固比时溶出速度趋于平衡.文中的研究结果可为进一步研究三峡库区堆存生活垃圾的处理技术打下基础.     

基于混合智能算法的三峡水库汛限水位动态控制研究

为充分发挥三峡水库的防洪兴利效益,利用水文、气象预报,实施动态汛限水位控制运行具有重要的意义.考虑调度期实时防洪风险约束,建立实时调度与汛限水位动态控制模型,设计混合智能算法,对模型进行优化求解.利用宜昌站汛期实测日流量资料进行模拟调度,得到汛限水位动态控制结果.结果表明,汛限水位动态控制能权衡防洪风险与兴利关系,在一定条件下,适当提高水库运行水位,可以在保证防洪标准不变的前提下较大幅度提高水库的兴利效益.     

城市消落带景观基塘系统设计初探———以重庆开县汉丰湖为例

重庆开县汉丰湖在三峡大坝和汉丰湖水位调节坝的双重调节作用下形成了有别于自然湖泊和三峡水库的特殊水位变动规律;探索一种适合三峡水库消落带水位变动的生态修复模式是库区所有滨水城市景观生态修复的共同需求。本文在对汉丰湖消落带水位变动及景观特征进行科学分析的基础上,提出了滨水城市消落带景观基塘系统建设模式,即将消落带生态环境治理和消落带湿地资源的合理利用相结合;并探讨了景观基塘系统生态结构设计过程中的地形塑造、植物配置及维护管理等内容。研究认为,通过景观基塘系统建设,不仅可以实现消落带景观优化、水质净化以及生境改善等生态服务功能,也可为滨水城市消落带的景观生态修复提供借鉴。     

气基竖炉炉顶煤气循环工艺的理论分析

针对竖炉生产中存在的煤气还原势化学能未能充分利用的问题,提出3种竖炉炉顶煤气循环新工艺(top gas recycling,TGR)。基于物料平衡和热平衡建立了竖炉的静态工艺模型,对其进行了数值求解模拟和分析。结果表明,对于提出的工艺TGR1、TGR2、TGR3,煤气需求量分别减少63.77%、57.13%、55.85%,显热需求也呈现出相同趋势;但对于循环竖炉工艺而言,循环煤气重整和升温需要额外耗能,从而系统总能耗分别上升了5.68%、7.27%、17.12%,其中,TGR1流程CO2排放量最低,较传统竖炉降低15.35%,TGR2、TGR3流程CO2排放量分别上升0.16%和3.15%。     

超临界CO2/水交替微观驱油特征研究

针对水气交替驱过程中CO_2与水能否接触、对剩余油动用能力等热点问题,利用高温高压微观可视模型,研究了不同密度CO_2驱后剩余油分布类型及挖潜对策,描述了水气交替微观封堵特征及对剩余油动用能力。实验结果表明,超临界CO_2的高密度特性,可扩大CO_2向油藏中下部的扩散运移;CO_2驱后剩余油以油膜类、盲端类、等势点类、未波及区域为主,其中等势点及未波及区域是下步挖潜主要对象;水气交替的注水阶段与注气阶段呈现出不同的贾敏效应,其中注气阶段贾敏效应明显;水气交替可显著改善等势点类剩余油,但未波及区域动用程度不高。     

Relationship between the specific surface area of rust and the electrochemical behavior of rusted steel in a wet-dry acid corrosion environment

The relationship between the specific surface area (SSA) of rust and the electrochemical behavior of rusted steel under wet-dry acid corrosion conditions was investigated. The results showed that the corrosion current density first increased and then decreased with increasing SSA of the rust during the corrosion process. The structure of the rust changed from single-layer to double-layer, and the γ-FeOOH content decreased in the inner layer of the rust with increasing corrosion time; by contrast, the γ-FeOOH content in the outer layer was constant. When the SSA of the rust was lower than the critical SSA corresponding to the relative humidity during the drying period, condensed water in the micropores of the rust could evaporate, which prompted the diffusion of O₂ into the rust and the following formation process of γ-FeOOH, leading to an increase of corrosion current density with increasing corrosion time. However, when the SSA of the rust reached or exceeded the critical SSA, condensate water in the micro-pores of the inner layer of the rust could not evaporate which inhibited the diffusion of O₂ and decreased the γ-FeOOH content in the inner rust, leading to a decrease of corrosion current density with increasing corrosion time.     

燃料电池在机械应力下的工作参数分布

针对质子交换膜燃料电池在机械应力下的气-液两相流进行数学模拟研究,建立了一个二维质子交换膜燃料电池非等温两相流多物理场稳态模型. 该模型综合考虑了固体力学、电化学、传热传质以及气液两相流的物理因素,研究了质子交换膜燃料电池在机械应力作用下的两相流分布.计算结果显示：在机械应力作用下,燃料电池肋板下方的多孔介质应力明显大于流道下方的应力,且在肋板和流道交界处下方的气体扩散层会产生明显的应力集中现象;随着电流密度的增加,阴极相对湿度逐渐增加,但阳极相对湿度会减小;液态水仅在阴极产生且主要在肋板下方的多孔介质内形成,其在阴极的饱和度随电流密度的增加而不断增加.     

利用着生生物群落动态变化监测水质的研究

探讨了苏州河8个断面着生生物在不同季节的种类组成、优势种密度、群落结构与水质的关系.研究结果显示,着生生物种类数以夏季最多,优势种密度以夏、秋季最大,多样性指数、均匀度指数的变化趋势与水质指标的监测结果基本一致;经相关性分析表明：水体中氮、磷含量分别与生物多样性指数、均匀度指数、藻类密度和总生物量四项指标呈显著负相关, COD_cr、BOD₅与四项生物指标均无相关性.各断面污染程度为上游赵屯、黄渡断面污染最轻,武宁路桥、北新泾断面污染最重,反映在群落结构上是上游以自养性藻类为主,中、下游以异养性动物为主.以上结果表明着生生物群落结构的变化能反映水环境质量的变化.     

土壤水分植被承载力初步研究

土壤水分植被承载力是干旱、半干旱和半湿润易旱地区土壤水分与植物生长关系调控、合理利用水土资源和林草植被的核心科学问题之一。定位研究密度与植物生长、土壤水分补给和消耗的关系是确定土壤水分植被承载力的实验基础。我们以黄土高原半干旱区16年生人工柠条林为例,进行了实验研究,实验密度包括8700、7100、5100、3200、1600丛/hm2。研究结果如下:土壤水分植被承载力为土壤水分承载植物的最大负荷,它是指在较长时期和特定条件下,土壤水分所能维持相应植物群落健康生长的最大密度;多年生柠条根系虽然可分布到500cm以下土层,但是大部分根量分布在0～150cm土层,根系随深度分布可用指数方程描述;降水最大入渗深度为170～270cm。柠条主要吸收利用0～270cm土层的土壤水分;一年内植物生长与土壤水分的关系可分为4个阶段;柠条密度与生产力或土壤水分补给量为线形关系,与土壤水分消耗量为二次抛物线关系,研究区柠条林地土壤水分承载力为8115丛/hm2,柠条林合理利用方向为保持水土和改善环境质量。     

核子仪法与环刀法测量土的湿密度和含水量的比较和标定试验研究

为确定湿密度偏移量和含水量偏移量，探讨了核子仪现场的标定方法。采用环刀原位取样法来标定核子仪的湿密度和含水量的偏移量，并将环刀法与核子仪法测量结果进行比较，分别计算核子法测量土的湿密度和含水量与环刀法测量土的湿密度和含水量之间的相关系数，其相关系数不应小于0．900。将确定的湿密度和含水量的偏移量输入仪器中，仪器即可进行现场测量。结果表明：采用标定后的核子仪进行现场测量，可提高测量的准确度，缩短测量时间，使用核子仪法测量一个点只需4～5min，而且不会破坏碾压层；同时减少了现场试验工作量，司加快施工进度。