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水动力条件对沉积物-水界面氧通量的影响

湖泊科学 2018年第6期30卷 1552-1559页

作者：郑阳华邹浩东何强李宏张青陈德敏艾海男重庆市环境保护局重庆401147 重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室重庆400044 长沙市规划设计院有限责任公司长沙410000 重庆大学法学院重庆400044

氧环境决定了水体沉积物中各种生命所需元素的最终归趋,沉积物-水界面是水相与沉积物相氧传递的重要场所,而水动力条件是影响沉积物-水界面氧传递的重要因素.选择三峡库区一级支流御临河为研究对象,根据长年监测数据建立实验室模型,采... 详细信息

氧环境决定了水体沉积物中各种生命所需元素的最终归趋,沉积物-水界面是水相与沉积物相氧传递的重要场所,而水动力条件是影响沉积物-水界面氧传递的重要因素.选择三峡库区一级支流御临河为研究对象,根据长年监测数据建立实验室模型,采用声学多普勒流速测试仪及微电极测试系统构建了非侵入式涡度相关测试系统,探究了不同水动力条件对沉积物-水界面氧通量的影响.结果表明:水体静止状态下沉积物-水界面溶解氧浓度随时间的增加而减少,非静止状态下随时间的增加而增加;沉积物-水界面氧通量随水体流速的增加而增加.根据氧通量求解对应流速下垂直涡动扩散系数并进行线性拟合,当水体流速为0.01~0.14 m/s时,垂直涡动扩散系数与水体流速的相关性最好,此时沉积物-水界面氧通量的传递以涡动扩散为主导.

关键词：沉积物——水界面涡度相关测试系统水动力条件氧通量垂直涡动扩散系数水体流速御临河

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

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水利学报 2019年第7期50卷 835-843页

作者：潘延鑫冯绍元罗纨贾忠华井思媛扬州大学水利与能源动力工程学院江苏扬州225009 南昌工程学院鄱阳湖流域水工程安全与资源高效利用国家地方联合实验室江西南昌330099

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,... 详细信息

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。

关键词：农田排水沟底泥界面扩散边界层氧通量

水动力对沉积物-水界面氧通量产生机制的影响

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中国环境科学 2020年第2期40卷 798-805页

作者：吕逸韬邹浩东詹昊周漫宇艾涛邹林志周涛艾海男重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室重庆400044 重庆市市政设计研究院重庆400020 重庆市豪洋水务建设管理有限公司重庆400020

选取三峡库区支流御临河为研究对象,测量了5个水动力条件(平均流速为0.00,0.03,0.07,0.12,0.20m/s)下沉积物-水界面(SWI)氧通量的变化及水动力条件对SWI氧通量产生机制的影响.结果表明,随着平均流速的升高,SWI氧通量增加,由0.00m/s时的1... 详细信息

选取三峡库区支流御临河为研究对象,测量了5个水动力条件(平均流速为0.00,0.03,0.07,0.12,0.20m/s)下沉积物-水界面(SWI)氧通量的变化及水动力条件对SWI氧通量产生机制的影响.结果表明,随着平均流速的升高,SWI氧通量增加,由0.00m/s时的1.197mmol/(m2·h)增加为0.20m/s时的43.981mmol/(m2·h),溶解氧穿透深度增加,氧进入沉积物更深处并被微生物和还原性物质所利用,沉积物耗氧量上升;当平均流速较低时,沉积物耗氧量以生物耗氧量为主,在0.00m/s与0.03m/s时生物耗氧量为氧通量的85.3%与57.7%;当水体平均流速较高,化学耗氧量与其他耗氧量中的化学过程耗氧量在氧通量中的比重逐步提高.

关键词：沉积物-水界面水动力条件氧通量产生机制

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采用热天平研究煤粉燃烧特性时氧通量的计算

热能动力工程 1997年第6期12卷 438-441页

作者：朱群益赵广播阮根健秦裕琨吕微哈尔滨工业大学哈尔滨理工大学

采用以热天平研究煤粉燃烧特性时通过坩埚出口截面氧通量的计算方法，对织金煤焦燃烧特性曲线的分析计算，得试样燃烧所需氧气以扩散传质方式经坩埚出口截面传递到试样层表面，并对该计算方法进行了分析。试样层表面氧分压及氧通量可采... 详细信息

采用以热天平研究煤粉燃烧特性时通过坩埚出口截面氧通量的计算方法，对织金煤焦燃烧特性曲线的分析计算，得试样燃烧所需氧气以扩散传质方式经坩埚出口截面传递到试样层表面，并对该计算方法进行了分析。试样层表面氧分压及氧通量可采用Ｆｉｃｋ扩散定律进行计算。

关键词：煤粉热天平煤粉燃烧氧通量

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水动力条件对SWI氧通量影响机制的研究

水动力条件对SWI氧通量影响机制的研究

作者：张青重庆大学

学位级别：硕士

水体-沉积物界面(SWI)的氧通量大小直接影响沉积物中氧的空间分布,继而会影响沉积物中各种物质的形态转化及能量传递过程;SWI中的氧通量大小受到水动力条件以及沉积物理化性质的影响。本论文选择三峡库区典型次级河流-御临河为研究对象... 详细信息

水体-沉积物界面(SWI)的氧通量大小直接影响沉积物中氧的空间分布,继而会影响沉积物中各种物质的形态转化及能量传递过程;SWI中的氧通量大小受到水动力条件以及沉积物理化性质的影响。本论文选择三峡库区典型次级河流-御临河为研究对象,设置实验装置,模拟御临河水动力情况,利用声学多普勒流场测试技术与微电极测试技术,构建非侵入式涡度相关测量法,探索了不同水动力条件下氧在SWI中的传质途径及规律,分析了沉积物中物质的理化性质,主要包括有机质、Fe2+、Mn2+的氧化过程,探究了沉积物的理化性质对SWI的氧通量的影响。研究得出的主要结论如下:(1)静止状态下(流速为0±0.01m/s),SWI的溶解氧浓度随时间的增加而递减,溶解氧浓度1小时变化量为2.359mmol/m3,在五种水动力条件下最小。平均流速为0.03m/s、0.07m/s、0.12m/s和0.2m/s时,SWI的溶解氧浓度随时间增加而增加的,溶解氧浓度1小时变化量分别为11.484mmol/m3、15.027mmol/m3、19.533mmol/m3和24.829mmol/m3,溶解氧浓度变化量也随着平均流速的增大而增大。平均流速为0.03m/s时的溶解氧浓度1小时变化量是平均流速为0m/s时的1.5倍。(2)随着平均流速的增加,SWI氧通量不断增加,最大值达到了-2.955mmol?m-2?h-1,在平均流速为0.2m/s获得,比最小值多了92.80%。水体扰动(流速为0.03±0.02m/s)时SWI氧通量是静止状态下SWI氧通量的2.4倍,水体紊动越剧烈,溶解氧浓度增加越快,SWI的传质作用越强;水体受扰动且未处于悬浮状态(流速为0.03m/s.12m/s)时,SWI的氧通量随着平均流速的增加呈线性增加;水体处于悬浮状态(流速为0.20±0.02m/s)时,SWI的氧通量比水体流速为0.12±0.02m/s时SWI氧通量增加了50.57%,此时SWI的氧通量增加速率大约是水体扰动时(流速为0.03±0.02m/s.12±0.02m/s)的3倍。(3)不同水动力条件下SWI的氧通量全部为负值,表明沉积物充当溶解氧的汇,五组实验SWI的氧通量随时间的增加而不断减少,呈现递减规律,最小值达到了-5.732mmol?m-2?h-1,比最大值减少了17.23%。(4)水体流速介于0.01m/s时,氧的垂直涡动扩散系数(Kv)与水体流速呈线性相关关系;水体处于扰动且底泥未悬浮状态(流速为0.01.14m/s)时,氧的Kv随着速度的增加呈线性增加,比水体流速介于0.01m/s时高2个数量级;悬浮状态(流速为0.18.22m/s)时,氧的Kv无明显的规律。(5)实验中沉积物中的有机质、Fe2+和Mn2+含量随着实验的进行,不断被氧化降低,SWI的氧通量也随着实验的进行也不断降低;有机质耗氧量占沉积物总氧通量的最高比例可达56.17%,所占比例最大;化学耗氧量中Fe2+的耗氧量较大,占总氧通量的最高比例可达10.96%,Mn2+的耗氧量在三者之中最少,占总氧通量比例的低至5.84%。论文通过对SWI中氧通量的变化规律和影响机制的研究,对进一步揭示SWI中物质及能量的传质机理和规律,以及沉积物中物质和能量的迁移转化的研究打下了一定的基础,为水体沉积物的污染修复提供了重要的理论基础和技术支撑,具有重要的学术意义和应用前景。

关键词：水体-沉积物界面涡度相关技术氧通量沉积物

沉积物—水界面氧通量产生机制及其影响因素研究

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沉积物—水界面氧通量产生机制及其影响因素研究

作者：邹浩东重庆大学

学位级别：硕士

溶解氧是水生态系统中最基础的元素,与其他参数相比,溶解氧更能反映水生态系统中新陈代谢的情况。沉积物是水体中物质与能量代谢的重要场所,它包含众多的微生物种群以及各种化合物,氧环境决定了物质在沉积物中的赋存形态与最终归趋。沉... 详细信息

溶解氧是水生态系统中最基础的元素,与其他参数相比,溶解氧更能反映水生态系统中新陈代谢的情况。沉积物是水体中物质与能量代谢的重要场所,它包含众多的微生物种群以及各种化合物,氧环境决定了物质在沉积物中的赋存形态与最终归趋。沉积物中的溶解氧主要来源于上覆水体的传递,而沉积物-水界面(sediment-water interface,SWI)是氧传递发生的重要区域。论文采用涡度相关法,测试了不同水体水动力条件下SWI氧通量,探索了水动力条件对SWI氧通量的影响。基于测得的通量结果,结合沉积物氧剖面分析和沉积物氧利用速率以及实验前后Fe、Mn、有机质质量分数的变化,计算了沉积物生物耗氧量与化学耗氧量,探究了沉积物耗氧机制,建立了水体水动力条件对SWI氧通量与沉积物耗氧量之间的响应关系,获得了SWI氧通量产生机制。同时利用高通量测序技术对装置内沉积物进行测试,从微生物分子生物学的角度分析了沉积物中可能消耗溶解氧的相关功能菌的信息。论文的研究结论如下:(1)不同水动力条件对SWI溶解氧浓度有影响。当水体平均流速较低(对应平均流速为0.00m/s、0.03m/s)时,SWI溶解氧浓度既可围绕平均值上下波动,也可缓慢上升,或者两者兼有。当水体平均流速较高(对应平均流速为0.07m/s、0.12m/s、0.20 m/s)时,SWI溶解氧浓度随水体平均流速的加快不断上升。(2)SWI氧通量与垂直涡动扩散系数受水体水动力条件的影响明显,随水体平均流速的上升而上升。实验在平均流速为0.00m/s时获得SWI氧通量与垂直涡动扩散系数的最小值,平均值分别为1.197±0.121mmol·m·h、1.859×10±8.716×10m·s;在平均流速为0.20m/s获得SWI氧通量与垂直涡动扩散系数的最大值,平均值分别为43.981±1.326mmol·m·h、1.137×10±7.299×10m·s。(3)SWI氧通量与垂直涡动扩散系数随水体水动力条件改变的变化趋势一致,可划分为三阶段。第一阶段,SWI中的氧传质主要由分子扩散决定,水体由静止开始缓慢流动,氧通量较小。第二阶段,SWI中的氧传质主要由涡动扩散决定,水体流速加快,清晰稳定的泥水界面消失,沉积物开始悬浮,氧通量增长较快。第三阶段,SWI中的氧传质主要由涡动扩散决定,水体流速进一步加快,SWI表层沉积物完全悬浮,上覆水变得浑浊,氧通量达到最高值。(4)沉积物中的溶解氧主要来自大气复氧,运用质量守恒定律,可以建立起单位面积沉积物在计算时段内SWI氧通量与沉积物耗氧量之间的等式关系。实验通过氧通量传输进入沉积物的溶解氧总量平均为0.662mmol,沉积物生物耗氧量平均为0.175mmol,占26.4%;化学耗氧量平均为0.045mmol,占6.8%;氧残存量增加值平均为0.082mmol,占12.4%;其他耗氧量平均为0.360mmol,占54.4%。(5)水体水动力条件通过决定水体大气复氧及复氧向水下扩散的速率,深刻地影响着沉积物所处的氧环境。当水体平均流速较低,沉积物处于缺氧状态时,沉积物耗氧量以生物耗氧量为主。当水体平均流速较高,沉积物由缺氧状态转变为好氧状态时,生物耗氧量减小,化学耗氧量与其他耗氧量中的化学过程耗氧量占沉积物耗氧量的比重逐步提高,且此时发生的沉积物再悬浮对沉积物耗氧量组成影响很大。(6)通过与Greengene数据库进行对比,在L、R两个样品中物种丰度均大于0.5%的物种共有18个。在两个样品中的平均丰度大于3%的有7门,其中变形菌门占比最大,为52.54%;其余依次为拟杆菌门(8.60%)、广古菌门(7.56%)、疣微菌门(5.39%)、绿弯菌门(4.94%)、硝化螺旋菌门(4.32%)、酸杆菌门(3.66%)。(7)变形菌门是实验沉积物中丰度最大的细菌,其功能复杂,营养条件多样,是控制实验沉积物环境、造成沉积物生物过程与化学过程耗氧量的关键菌种。实验在L、R两个样品中检测到变形菌门下的硫酸盐还原菌主要有脱硫盒菌目、脱硫杆菌目、脱硫弧菌目、除硫单胞菌目、互营杆菌目;检测到的具有氨氧化能力的细菌主要有产碱杆菌科、亚硝化单胞菌科;除产碱杆菌科与亚硝化单胞菌科以外,未检测到属于变形菌门且具有亚硝态氮氧化能力的细菌,硝化螺旋菌门下的硝化螺旋菌纲在硝化反应中占主导地位。

关键词：沉积物-水界面氧通量涡度相关法沉积物耗氧量耗氧机制

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氧通量对钒氧化物薄膜的可控制备

辽宁科技大学学报 2020年第3期43卷 179-182页

作者：孙茂林李雨桐马可鑫董浩男侯晓轩李子豪景维军宫震辽宁科技大学材料与冶金学院辽宁鞍山114051 辽宁三三工业有限公司研究设计院辽宁辽阳111200

磁控溅射纯V靶制备钒氧化物VOx薄膜,研究不同氧通量对VOx薄膜x值的调控。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪和霍尔效应仪对薄膜形貌、结构和电学性能进行表征。结果表明:随着氧通量的增加,钒氧化物形貌由尖角较大颗粒逐渐圆... 详细信息

磁控溅射纯V靶制备钒氧化物VOx薄膜,研究不同氧通量对VOx薄膜x值的调控。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪和霍尔效应仪对薄膜形貌、结构和电学性能进行表征。结果表明:随着氧通量的增加,钒氧化物形貌由尖角较大颗粒逐渐圆滑缩小团聚,x值由1转变为1.5~2.5之间,最终接近2.5,同时电阻也逐渐增长。

关键词： VOx薄膜磁控溅射氧通量

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海洋信息 2017年第4期32卷 51-62页

作者：崔尚公于新生赵广涛国家海洋信息中心天津市300171 中国海洋大学海洋地球科学学院海底科学与探测技术重点实验室山东青岛266100

海岸带区域内,穿过沉积物-海水界面的溶解氧通量是研究水体环境内生物地球化学循环周转的重要指标由于传统采样方法存在局限性,原位观测仪器布放难度较大,因此砾石海滩环境下的溶解氧通量研究还较少。利用非侵入性的涡动相关技术对青岛... 详细信息

海岸带区域内,穿过沉积物-海水界面的溶解氧通量是研究水体环境内生物地球化学循环周转的重要指标由于传统采样方法存在局限性,原位观测仪器布放难度较大,因此砾石海滩环境下的溶解氧通量研究还较少。利用非侵入性的涡动相关技术对青岛汇泉湾潮间带砾石基底的底栖溶解氧通量做出评估。涡动相关原位观测结果表明,在一个涨潮期内溶解氧通量变换范围为-16.7888±5.0^+49.3344±3.7mmolO_2/m^2/d。不稳定的通量结果表明近海潮间带底栖溶解氧通量在涨潮时段主要受波浪作用影响呈现出极为复杂的变化形式。频谱分析表明汇泉湾潮间带底栖溶解氧主要受东南向波浪作用控制,0.093~0.279 Hz(对应时间间隔为3.58~10.75s)频带为其主要贡献频段。通过对不同时刻累加共谱的比较分析,可以推断波浪作用和破碎波作用分别在涨潮期前后对底栖溶解氧通量变化起着主导推进作用。此项研究也表明涡动相关技术可应用于近海潮间带底栖溶解氧观测,为从宏观到微观研究海岸带生物地球化学进程研究提供了新的观测手段。

关键词：沉积物-海水界面氧通量涡动相关砾石海滩原位观测

溅射功率及氧通量对铝掺氧化锌(ZAO)薄膜结构性能的影响

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门窗 2020年第4期 195-196页

作者：万文琼景德镇陶瓷大学科技艺术学院

运用射频磁控溅射技术,通过改变溅射功率及氧通量获得不同ZAO薄膜样品,采用X-射线衍射仪以及扫描电子显微镜对薄膜结构性能进行表征。

关键词：溅射功率氧通量射频氧化锌掺铝