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潜流带是河流地表水和地下水交混区域,是河流中重要的物质能量交换和水生生物栖息的场所,而胶体颗粒在潜流带中沉积,会改变潜流带中的水动力结构和生态环境。本文利用室内循环水槽实验和多物理场耦合的数值模拟方法,旨在研究胶体颗粒在河流上覆水与潜流带中的迁移过程和胶体颗粒在潜流带中沉积分布特征及其对不同因素的响应规律。结果表明:河流上覆水中胶体会逐渐被河床截留且截留胶体集中于河床浅层;沙波水平方向截留量呈现出迎水面较高、背水面较低的趋势;胶体在潜流带沉积的主要机制是潜流交换、颗粒沉降与河床截留作用。本文能为胶体颗粒在潜流带中的生态环境作用研究提供科学依据,并为河流生态环境修复、河流健康管理提供理论支持。 相似文献
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精确量化潜流带水文交换和生物地球化学反应一直是一个挑战,潜流带水文-生物地球化学研究的核心任务是将小尺度上的水文通量及生物地球化学反应动力学与更大尺度上它们对河流水质和生态的累积效应关联起来.基于潜流带水文-生物地球化学耦合原理,系统综述了渗流仪测量、测压管测量、示踪剂注射试验、温度示踪等潜流带水文学研究方法以及野外示踪试验、室内培养试验等生物地球化学研究方法,针对性地评述了潜流带水文-生物地球化学过程在更大尺度上的累积效应及其对河流生态系统的重要意义,并指出未来的研究将从潜流带研究技术方法的先进化、水文地貌理论与模型的深入化和潜流带生物地球化学过程的尺度化等方面持续地发展. 相似文献
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河流潜流带是地表-地下水连通和交换的主要区域, 地表-地下水过程不仅促进了生源物质的迁移转化过程, 还能涵养水源、稳定区域生境, 为水生生物提供良好的栖息环境。因此掌握水生生物活动与地表-地下水交换关系是深刻认知和科学保护水生生态系统的关键。本文综述了前人有关水生生物活动反馈于地表-地下水交换过程的研究, 例如, 底栖微生物形成的生物膜可以吸收或滞留生源物质, 改变迁移的时间和路径; 水生动物的行为可能通过改变河床渗透系数和孔隙率等物理参数影响各类物质的地表-地下水交换通量; 水生植物对水流的阻滞和扰动也会作用于地表-地下水交换过程。基于目前研究, 本文提出了该领域的3个未来研究方向: 潜流交换和水生生物互馈理论, 水生生态功能与地表-地下水相互作用关系, 河流潜流带生物-地球-化学耦合过程。 相似文献
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为对比水库下游河岸带冬夏季潜流交换特征及温度场分布规律,在新安江大坝下游开展了河道水、河岸带地下水的水位与温度监测,并结合达西定律推广式等理论进行了分析。结果表明:不论冬夏季,侧向潜流交换量与河道水位呈逆时针“绳套”关系,且离河道越近潜流交换强度越大;冬、夏季潜流交换强度与补给方式存在明显不同,在近河岸处单宽交换总体积分别为55.23 m3（周）、75.08 m3（周）,夏季主要为河道补给河岸带,冬季相反,此外,夏季交换范围更大且交换更快;河岸带温度场受低温波动水影响显著,在垂直方向上夏季表现为“上暖下凉”,冬季相反,在水平方向上夏季低温传播距离较大,且具有明显的分区。因此,在水库下游河流生态治理过程中,应适当考虑不同季节的影响。 相似文献
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为揭示河岸形态引起的侧向潜流交换规律,利用地表水与地下水双循环水槽系统,通过10组正弦型微弯河岸与4组直线型河岸的潜流交换对比试验,研究不同河岸振幅a、地表水流速u、河流水深h条件下的潜流交换特性。试验结果表明,与垂向潜流交换机理类似,侧向潜流交换也存在对流(泵吸交换)、扩散和微循环3种交换形式。河流雷诺数Re的增大,将加强紊动扩散与微循环作用。河岸弯曲形态的出现,将引起泵吸效应,大大加剧了河岸的潜流交换,且随着河岸振幅与河流流速的增大,河岸形态引起的泵吸交换将逐渐成为潜流交换前期的主要形式。 相似文献
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为了揭示河床沉积物非均质性对潜流交换的影响,构建了沙波地形作用下的地表水-地下水耦合模型,通过生成不同的渗透系数随机场,讨论了不同地表水动力过程和河床沉积物非均质性对潜流交换通量、交换空间及平均停留时间的影响规律。结果表明,所构建的地表水-地下水耦合模型能够准确刻画水沙界面附近流场,模型具有良好的适用性;均质或非均质河床沉积物情景下,水沙界面上的平均交换通量、停留时间与雷诺数之间均呈现幂函数关系,潜流交换深度则在地表水进入完全紊流之后趋于稳定。结果还表明,较强的河床沉积物非均质性能够有效增强水沙界面上潜流交换通量和空间交换频率,但会制约潜流交换空间并缩短水流在潜流带中的停留时间。 相似文献
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潜流带是流域生态修复的关键区域之一, 潜流带修复的根本目标是恢复水系间的能量流通、物质传递和信息流动, 即恢复潜流带的连通性。对于潜流带连通性恢复而言, 应统筹考虑水文连通性、生态连通性和功能连通性等多层次的内容。潜流带生态修复相关研究主要基于流体动力学、地质学和生态学等基础理论, 剖析潜流驱动的生物地球化学耦合机制, 研发可促进潜流交换和恢复生物多样性的生态修复技术, 实现潜流带水文条件的改善与生物物种的恢复, 进而达到潜流带生态系统结构和功能综合性修复的目的。本文从潜流带水文连通性、生态连通性和功能连通性等多层次出发, 从潜流带流体动力学性能、介质性能、生物群落组成、食物网结构及环境生态功能等方面, 综述基于生态修复目标的潜流带连通性恢复理论与技术进展, 以实现潜流带生态系统整体稳定性的提升。在未来潜流带生态修复理论与应用研究中, 需发挥多学科交叉的优势, 耦合多组学方法对潜流带生态过程进行微观探索, 系统探究时间和空间尺度上潜流带生态修复过程的演替规律, 进一步构建多因素作用下的潜流带生态修复框架体系。 相似文献
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生物作用造成河床於堵普遍存在,并受到多种环境因素的影响.以往研究较少考虑生物堵塞对潜流带氮循环的影响.采用数值模拟方法建立水流-溶质运移-生物生长耦合模型,模拟河床驱动下的潜流交换过程,探讨生物堵塞作用对氮素迁移转化的影响.研究表明:生物作用导致沙丘表面形成堵塞层和生物聚集区,并限制了NO_3~-的运移深度,潜流带中以NH_4~-为主;河水中充足的有机碳会增大堵塞程度,促进反硝化作用去除NO_3~-;强烈的河床起伏和较大的河流流速均会增大沙丘表面的压力差,增大堵塞范围和细菌生物量,从而加快硝化和反硝化作用速率,有利于NO_3~-、NH_4~-的去除.生物堵塞作用有利于氮污染物的去除,且主要受到河床表面的压力梯度和异养细菌生物量的影响. 相似文献
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In terms of the research on groundwater–surface water heat-tracing methods, investigation of the interactions within the compound system of the groundwater–surface water–hyporheic zone can effectively reveal the relevant physicochemical processes and microbial properties. The evaluation of these properties represents a key component in qualitative and quantitative research on groundwater–surface water interactions. Therefore, this paper reviews the research results on groundwater–surface water interactions achieved by related researchers using heat as a natural tracer over the last decade. In connection with the application of heat-tracing theory to the basic principles of hyporheic exchange between groundwater and surface water, research on groundwater–surface water interaction through one-dimensional steady-state and transient-state heat transport analytical models, techniques to collect and analyze temperature time series data, and numerical simulation technology is reviewed. In addition, directions for future research using groundwater–surface water heat-tracing methods are suggested. First, hypothetical, difficult temperature boundary and hydrogeological conditions require further research. Second, hydrodynamic exchange capacity and the processes of heat exchange and solute concentration exchange in the hyporheic zone alongside riverbeds should be appropriately and accurately measured under multi-scale influences. Third, the overall study of the heat transport process inside the hyporheic zone induced by complex riverbed forms should be performed, and the response mechanism of riverbed hyporheic exchanges driven by riverbed form, the hydrodynamic force of surface water, and sediment permeability should be revealed. The objectives and goals of this paper are to encourage scholars interested in analyzing groundwater–surface water interactions using heat as a tracer to creatively solve practical problems and to improve the ecological functions of river aquatic habitats through new research results. 相似文献
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潜流带是河流生态系统中活跃的生态群落交错区,是地表水和地下水相互作用的重要界面。研究潜流带内存在的潜流交换机制对评估水资源的开发利用以及维持和修复河流生态系统健康有着重要意义。系统介绍了温度示踪方法的一维垂向稳态和瞬态热运移解析模型,梳理归纳了基于温度示踪的时序数据采集方法、信号分析方法和数值方法的相关研究进展,最后对比论述了温度示踪方法的优势和存在的主要问题,同时指出了地下水的多维流动、温度测量的不确定性以及非理想条件对解析模型的影响仍是未来温度示踪方法需要进一步研究的重点。 相似文献
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河岸带潜流层是河岸带内地表水与地下水相互作用的生态交错带,在水文地理学、生态学、环境学上含义不尽相同。河岸带潜流层具有复杂的垂向、横向、纵向结构特征,其边缘效应显著,表现为泥沙、水流、生物、环境化学因子之间的复杂动态过程,主要包括水动力动态过程、生态学过程、溶质循环与化学过程等。水动力动态过程是驱动条件,氧气浓度是生态过程、溶质循环和化学过程的决定性因素。在各动态过程的驱动下,河岸带潜流层具有调蓄洪水、削减污染、净化缓冲环境和提供适宜栖息地等功能。针对河岸带潜流层功能退化的问题,需开展健康诊断,明确致病机理,实施适宜的生态修复。未来中国在开展河岸带潜流层研究时,应根据中国河岸带特点,采用示踪试验、数值模拟等方法,集成GIS等现代技术手段,研究多尺度下,水文条件、地形变化、土壤渗透系数、河岸带建设方式、植被分布等对河岸带潜流层水文、热传导、生化、生态等的影响机制,准确界定河岸带潜流层区域范围,制定适宜的生态修复策略。 相似文献
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为揭示低温水影响下的河岸带潜流层的温度场和流场分布特性,利用野外水温水位实时监测试验,研究河岸带潜流层温度场在不同季节、不同空间位置上的分布特性,并利用水温资料计算获得地下水流速。结果表明:河岸带潜流层温度场在夏季和冬季分别呈现出"上暖下冷"和 "上冷下暖"的温度分层现象;通过对温度示踪方法的4种计算方法进行分析比较,得到Hatch相位法计算的地下水流速具有较高的准确性,在2014年12月15—31日时段内流速大小为1.03×10-4~7.96×10-4m/s,在空间上,断面深度增加,地下水流速降低,且不同深度流速曲线接近平行。 相似文献
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潜流驻留时间是反映潜流交换、溶质迁移转化、生物组成、生态过程的重要特征变量。应用双循环可控式河岸带模型,以NaCl为示踪剂,深入研究了河岸带蜿蜒性与植被密度对潜流驻留时间的复合效应;应用量纲分析和主成分分析法,探析了潜流驻留时间的关键影响因子及其作用程度和敏感性。结果表明:①河岸带植被密度对潜流驻留时间具有促进作用,但存在一定的阈值。②潜流驻留时间分布与河岸蜿蜒形态呈类镜像效应;潜流驻留时间在河岸带蜿蜒波不同位置差异明显,迎水面平均驻留时间约为背水面的1/2。③河岸带蜿蜒性与植被密度是影响潜流驻留时间的关键因子,总作用程度达91.07%。潜流驻留时间对蜿蜒性最敏感,对植被密度敏感性较弱,对复合因子的敏感性介于两者之间;迎水面内组合因子对潜流驻留时间具有共同促进效应,背水面内组合因子对潜流驻留时间具有抑制和促进双重效应。 相似文献
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潜流驻留时间是反映潜流交换、溶质迁移转化、生物组成、生态过程的重要特征变量。应用双循环可控式河岸带模型，以NaCl为示踪剂，深入研究了河岸带蜿蜒性与植被密度对潜流驻留时间的复合效应；应用量纲分析和主成分分析法，探析了潜流驻留时间的关键影响因子及其作用程度和敏感性。结果表明：①河岸带植被密度对潜流驻留时间具有促进作用，但存在一定的阈值。②潜流驻留时间分布与河岸蜿蜒形态呈类镜像效应；潜流驻留时间在河岸带蜿蜒波不同位置差异明显，迎水面平均驻留时间约为背水面的1/2。③河岸带蜿蜒性与植被密度是影响潜流驻留时间的关键因子，总作用程度达91.07%。潜流驻留时间对蜿蜒性最敏感，对植被密度敏感性较弱，对复合因子的敏感性介于两者之间；迎水面内组合因子对潜流驻留时间具有共同促进效应，背水面内组合因子对潜流驻留时间具有抑制和促进双重效应。 相似文献
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江汉平原浅层地下水中锰含量普遍较高,探究锰在河流交互带中的分布特征有助于认识交互带中锰的生物地球化学过程,对水质的保护具有重要指导意义.通过监测汉江下游侧向交互带河水、地下水中溶解态锰含量及其相关指标,分析不同河水-地下水交互作用方向下溶解态锰的时空分布规律,并探讨其成因.结果表明:研究区侧向交互带中靠近河岸带区域存在溶解态锰的富集,且在有局部反向流的地方锰含量较高;该局部富集的现象在河水补给地下水的交互带中更加明显;泄洪后该富集区域随水流方向发生迁移;研究区地下水中锰的含量与HCO3-、Ca2+、Mg2+呈极显著正相关,与NO3-、Fe2+显著负相关,但与交互带地下水中Eh和pH不相关.交互带溶解态锰的时空分布受地形条件、水动力和水化学的共同影响. 相似文献