大型浅水湖泊扩散边界层特性及其环境效应研究

As the quick development of micro-electronics, the diffusive boundary layer (DBL), a very thin water layer, was discovered in sediment-water interface. DBL was an important channel for heat and dissolved substances exchanging between sediment and overlaying water, so as to very important for inner nutrients releasing. We are going to first investigate the spatio-temporal patterns of DBL's depth and diffusion flux in Lake Taihu-a large, shallow and eutrophication lake. Then laboratory simulation experiment and wave flume experiment will be organized to study the effects of habitat, temperature and wave disturbance on the DBL characters. The last but not he least, both the results of the yield and experiment work would be analysed and synthesized. The coupled model of invironmental factors and diffusion flux would be built and the response mechanisms of DBL to the above factors also would be ascertained. The aim of this project is to provide the theoretical basis for studying the fundamental theory of DBL and expliciting the process of transportation and conversion of nutrient substances in sediment.

扩散边界层是微电子技术飞速发展后发现的沉积物-水界面中存在的一薄层结构，是沉积物和上覆水之间热量和溶解物质的重要交换通道，在沉积物内源释放过程中起着极其重要的作用。本项目拟以大型浅水富营养化湖泊--太湖中的扩散边界层为研究对象，通过野外原位监测，定量表征扩散边界层厚度及扩散通量在太湖中的时空分布格局；利用室内模拟试验和波浪水槽试验，监测生境条件、温度和水动力条件等不同环境要素对扩散边界层特性的影响过程，构建扩散通量与这些参数之间的耦合关系模型，揭示扩散边界层对不同环境要素的响应机制。为扩散边界层基础理论研究和阐明湖泊沉积物中营养物质迁移转化方式、过程提供科学依据。

围绕着日趋严重的湖泊水环境恶化与富营养化问题，国内外的学者进行了大量的研究与探索。其中来源于湖泊内部的营养盐迁移转化过程，对于维持湖泊高营养水平和藻型生态系统具有极其重要的作用。作为水体和沉积物之间物质输送和交换的重要边界环境，沉积物-水界面对控制沉积物中营养盐等物质的释放具有重要作用。扩散边界层是微电子技术飞速发展后发现的沉积物-水界面中存在的一薄层结构，是沉积物和上覆水之间热量和溶解物质的重要交换通道，在沉积物内源释放过程中起着极其重要的作用。.本项目以大型浅水富营养化湖泊——太湖为研究对象，通过野外采样测定了太湖扩散边界层的时空分布格局，利用室内模拟试验研究了不同生境、温度和水动力条件下扩散边界层特性的变化，最后分析了扩散边界层的环境效应。结果表明：太湖中扩散边界层的厚度范围在0.7~1.6 mm之间，扩散通量的范围在6.6~73.1 mmol•m-2d-1之间，两者呈负相关关系。草型生境条件下扩散边界层厚度大于藻型，相应的扩散通量小于藻型；微风造成的泥沙起动临界状态时，扩散边界层厚度最大，扩散通量最小；无风浪扰动和中波扰动条件下，扩散通量最大；强风扰动条件下整个沉积物-水界面发生侵蚀，物质释放不受扩散边界层约束；低温条件下扩散边界层厚度最大，扩散通量最小。扩散边界层在太湖草藻型湖区及各种环境条件下的特性，与太湖水质的时空分布规律保持一致。研究结果揭示了扩散边界层对不同环境要素的响应机制，同时为扩散边界层基础理论研究和阐明湖泊沉积物中营养物质迁移转化方式、过程提供了科学依据。