模拟动静水条件对水工混凝土表面生物膜微生物群落的影响

发布时间：2025-04-18 03:30

　　 水利工程是社会发展的重要基础设施,作为其重要组成部分的水工混凝土构筑物在长期运行下会受到微生物腐蚀作用,造成不同程度的结构损伤,影响其安全运行,因此对水工构筑物表面细菌群落结构及功能的解析具有重要的科学和工程意义。以水工混凝土构筑物表面微生物群落为研究对象,阐述动静水条件下微生物群落组成分布及演替特征,探究表面微生物群落结构组成与环境因素之间的相关关系。结果表明:1)混凝土质量损失主要由水动力条件和微生物作用共同导致,其中微生物作用更为显著; 2)相比于静水条件,动水条件未显著影响水工混凝土表面微生物群落的分布特征; 3)动水条件下混凝土表面微生物群落在更短的时间内趋于稳定,由此推断模拟动水环境中水工混凝土将更早地遭受微生物腐蚀作用。研究对水利工程设施的安全运行具有积极的理论和工程意义。

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【部分图文】：

图1 水动力实验装置

本研究设计并制作的水动力模拟装置(图1a)主要分为上下2层结构。上层为试验反应区(图1b)，主体部分通过挡水板分为2个部分，即动水区域和静水区域，其中挡水板底部开孔以保证两部分水流联通，动水区域由潜水泵提供水动力条件(控制水动力条件为8h/d、水流速度约3m/s的流动反应[1....

图2 水工混凝土表面形貌变化

研究对实验期间水工混凝土的质量损失进行了定量分析，得到各混凝土试件的平均质量损失值(以百分比计)，具体结果见表3。研究发现，动水组的质量损失程度均高于静水组，其平均质量损失高约0.6%，说明动水条件可能会加强水工混凝土的结构损伤，以往研究证实水流冲刷等水动力条件是导致水工构筑物结....

图3 组间微生物多样性指数

图3为样品整体多样性指数分析，水动力因素未显著影响微生物群落多样性指数分布，但动水组间各样本中微生物群落的丰富度、均匀度及等指数分布在一定区域内更为集中;而静水组较为离散，这表明在动水条件下，水工混凝土表面形成的微生物群落组成及分布特征更加稳定、均一。2.2.2表面微生物群落结....

图4 水工构筑物生物膜细菌占比前10的菌门分布(变形菌门基于纲水平)

尽管在优势菌及其相对丰度的变化趋势方面，动水组和静水组并无明显差异，但是随着时间的推移，部分细菌相对丰度的变化趋势在静水条件下比动水条件更为平缓，且更为明显。例如，静水组中放线菌门的相对丰度由初始48d的1.5%上升至335d的30.4%，但在动水组中这一变化趋势并不明显。这....

本文编号：4040454