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一、国家自然科学基金 气象水文复合驱动下桉树人工林区水库水体突发性泛黑及演变机理研究 51779072 国家自然科学基金会 国家自然科学基金 2018-01/2021-12
       桉树(Eucalyptus)在我国南方大规模种植,最快两三年成材,经济价值高,但近来却被认为是“抽水机”、“绿色沙漠”,甚至传言“有毒”。特别是近年来桉树人工林区水库出现的“泛黑”现象——水体呈现黑褐色并伴有涩味,给种植地附近居民造成了很大的恐慌。并且其黑水形成机理、物质来源及触发条件等尚不清楚。基于此,本文选取我国南方桉树人工林区典型水库,开展了水体“泛黑”现象成因研究:于2015年8月至2016年4月对广西南宁市那降水库、天雹水库、百合水库分别进行了4次水体垂直分层采样,测定其理化指标,并结合当地水库管理站提供的水文数据进行综合分析。结果表明,桉树人工林区水库泛黑与特定季节及特殊气候条件有关,水体温度分层结构失稳是黑水物质运移的主要动力因素;夏季水库水温分层结构稳定,限制了底层致黑物质向上迁移,DO等水质指标的分层变化明显,秋冬季节分层消失,水体发生垂直交换,给底层致黑物质提供了上翻的作用力,导致“泛黑”现象发生。 硫化物、单宁酸、铁、锰等物质季节性及空间分异特征与水温季节性分层特性密切相关。桉树林区水库水体铁、锰含量最高可达2.93mg/L、3.46mg/L,桉树茎、叶在水体中浸出大量单宁酸,在硫化物、单宁酸、铁、锰同时存在的条件下,发生铁、锰与硫化物,硫化物与单宁酸,铁、锰与单宁酸等一系列反应生成黑色络合物,导致水库泛黑。研究结果为保障桉树人工林区饮用水源地安全提供了指导, 并为桉树人工林区水库黑水深入研究奠定基础,引领更多学者进行深入研究。
二、 国家自然科学基金 船行波与风生浪共同作用对浅水湖泊沉积物再悬浮及蓝藻水华影响机理研究 20155036811 国家自然科学基金委员会 国家自然科学基金 2016-01/2019-12
       船行波和风生浪是引起浅水湖泊沉积物再悬浮和内源营养盐释放的主要驱动力,也会影响蓝藻水华的空间分布格局,然而其共同作用机制和影响机理尚不清楚。本研究将以太湖为例,从微观尺度开展船行波与风生浪共同作用对浅水湖泊底泥再悬浮及蓝藻水华影响机理研究。具体为:(1) 利用太湖野外观测平台,获取通航前后湖泊水体剖面高时空分辨率的瞬时三维流速、波浪参数、悬浮物浓度等的时间序列,研究船行波和风生浪单独或共同作用下浅水湖泊水动力结构、沉积物再悬浮过程和蓝藻水华空间分布格局; (2) 利用数学方法,解耦船行波和风生浪对特定湖区水环境影响的权重和相对贡献,明确航线分布、通航频次、航线特性等对湖泊内源释放及蓝藻水华作用机制; (3) 开发船行波扰动和风生浪作用耦合的多组分悬浮物数学模型,模拟与评估船行波与风生浪对浅水湖泊内源释放和蓝藻水华的累积影响程度。研究成果以期为浅水湖泊生态航道建设和内源污染控制提供技术支撑。
三、 国家自然科学基金 浅水湖泊水-土界面波流紊动作用对沉积物再悬浮的驱动机制及模型应用 2013508411 国家自然科学基金委员会 国家自然科学基金 2014-01/2017-12
        通过室内外实验,从微观尺度开展波流共同作用下太湖水—土界面紊动特性及其对沉积物再悬浮驱动机理及应用研究。具体为:(1)利用太湖野外观测平台,获取水—土界面微尺度、高时空分辨率的瞬时三维流速、悬浮物浓度和紊流混合动力参数时间序列,研究野外“真实”复杂环境中近底紊流特性与沉积物再悬浮沉降过程的内在联系,利用实测数据回答太湖中是否存在间歇性紊流猝发驱动沉积物再悬浮的现象;(2)在室内水槽内,构建波浪、湖流单独或共同作用的“模拟”环境,考虑水生植物的影响,研究不同紊流混合动力背景下沉积物再悬浮的触发条件、起悬通量,区分波浪和湖流对沉积物再悬浮的贡献;(3)以野外和室内实验成果为基础,建立风、浪、流、水生植物多元素耦合的太湖三维多组分悬浮物传输模型,以此模型反演与预测底泥清淤、水生植物恢复等措施实施后对湖底紊动过程和沉积物起动、传输和沉降全过程的影响,为制定科学合理的湖泊内源污染治理措施提供支撑。
四、国家自然科学基金青年科学基金项目   振荡波和单向流共同作用下太湖及其主要支流底泥侵蚀实验 (51009049)2011-01/2013-12
        太湖水体在风浪、湖流及入湖河道的综合作用下,具有强烈的振荡波动特征。据国外研究成果,振荡波产生的底部切应力要远大于单向波或单向流,对底泥侵蚀产生重要作用,但类似研究在太湖还未开展。本项目将利用能够模拟太湖振荡波/单向流单独或叠加作用的实验装置,研究太湖及其主要入湖河道底泥在波浪/湖流单独或综合作用下的侵蚀及传输特征。具体为:(1)研究振荡波/单向流单独作用或不同叠加方案下水槽底部切应力,研究振荡波或单向流对切应力的贡献,并建立其相互间的经验关系。(2)利用太湖及其主要入湖河道原状底泥,研究其在不同切应力下的侵蚀率及传输特征,研究入湖河道底泥侵蚀对湖体沉积物贡献。(3)以太湖湖区长系列实测资料为基础,分析实验装置中的切应力条件与太湖湖区风速风向、水文、气象条件的关系,研究实验结果外推到野外实际应用的条件和因素。研究成果可为明确太湖内源释放量及泥沙、富营养化数学模型提供重要参数和理论支撑。
五、 江苏省自然科学基金 太湖近底边界紊动对悬浮物关键动力过程影响机理研究 2013517711 江苏省科学技术厅 江苏省自然科学基金 2013-07/2016-06
        本项目将野外原位观测与室内水槽试验相结合,研究浅水湖泊水—土界面波流紊动精细结构及其对沉积物再悬浮的驱动机理——以太湖为例。阐明野外“真实”环境中近底水流的紊动特性及床面泥沙交换过程,明确沉积物再悬浮的驱动机制,回答太湖中是否存在与河口和近海类似的紊流猝发促使沉积物再悬浮的现象,为制定科学合理的湖泊内源污染治理措施提供科技支撑。本项目创新之处在于:(1)在太湖湖体中搭建湖床基观测平台和水体剖面观测系统,配备现代声学(ADV /ADCP) 和光学(OBS光学后散射浊度仪) 观测仪器,在测量近底及剖面三维紊动流速的同时实时连续地反演水体中的悬浮物浓度,弥补以往缺乏对湖泊近底微观尺度紊动特性和沉积物再悬浮过程观测的不足。利用实测数据回答太湖中是否存在间歇性的紊流猝发驱动湖泊沉积物再悬浮的现象。(2)从微观机制上,考虑底泥清淤和水生植物恢复等内源污染控制措施实施前后底泥组分、粒径大小、容重等属性的改变,整合前期研究成果,反映沉积物起动、输移和沉降的全过程。
六、 霍英东教育基金 浅水湖泊水生植物消浪缓流机理及其对沉积物再悬浮抑制效应研究 20155007711 霍英东教育基金会 霍英东教育基金 2014-0/2017-02
        本研究以浅水湖泊为对象,在室内水槽内构建能模拟波浪和湖流单独或综合作用的环境,设置考虑和不考虑水生植物存在的方案,获取具有高时空分辨率的三维流速、悬浮物浓度和紊流混合动力参数时间序列,研究含植物的波流叠加场中浅水湖泊的水体紊动特性,波、流各要素所发生的变化以及沉积物在不同紊流混合背景下的再悬浮动力过程,研究不同水动力背景下植物的消浪、缓流作用机理及其对沉积物再悬浮的抑制效应。开发考虑波、流、水生植物等多元素耦合的湖泊三维多组分悬浮物输移模型,分析与预测浅水湖泊水生植物修复前后湖体水动力结构的改变及其沉积物再悬浮的抑制效应。
 

 
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