模拟扰动条件下太湖沉积物的再悬浮特征

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1、万方数据第2l卷第3期2010年5月水科学进展ADVANCESINWATERSCIENCEV01．21．No．3May，2010模拟扰动条件下太湖沉积物的再悬浮特征王鹏1’2，王胜艳2，郝少盼2，姚琪2，汤露露2(1．河海大学浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室，江苏南京2100982．河海大学环境学院，江苏南京210098)摘要：采用沉积物再悬浮振荡器在0．2—0．5N／m2的切应力和60一l8008的持续振荡时间下，对太湖沉积物原状芯样的再悬浮特征开展模拟实验研究，揭示切应力大小和外力作用时间对沉积物再悬浮的影响。实验结果表明，振荡初期，上覆水中悬浮物浓度上升速率较快，

2、随振荡时间延长，上升速率减缓，浓度趋于稳定；且浓度上升速率随切应力增加呈显著增大趋势。此外，悬浮物沉降通量随振荡时间而增大，而再悬浮通量呈相反变化趋势。两者的时间变化曲线逐渐接近，最终达到动态平衡。室内模拟试验观测值与太湖现场观测结果的对比表明，该模拟装置能够在室内可控条件下较好地反映太湖沉积物再悬浮特征。关键词：浅水湖泊；风浪扰动；剪切应力；悬浮颗粒物；太湖中图分类号：TVl42．1文献标志码：A文章编号：100l-6791(2010)03旬399-06沉积物是水生生态系统的重要组成部分，是水体中各种污染物迁移和转化的载体、归宿和蓄积库。研究¨。1表明，浅水湖泊沉积物易受波浪、

3、湖流、疏浚以及船只航行等外力扰动的共同作用而频繁发生再悬浮，悬浮过程中由于吸附一解吸作用造成污染物在悬浮颗粒物和水体间迁移，导致上覆水中污染物浓度突然上升。因此，研究沉积物在水动力作用下的再悬浮特征对于揭示浅水湖泊水生生态系统中污染物的迁移、转化及归宿具有重要意义。目前围绕外力扰动条件下湖泊沉积物的再悬浮特征开展了野外原位观测H别和室内模拟实验研究哺圳。室内模拟实验多采用环形水槽、波浪水槽等沉积物再悬浮装置模拟沉积物与水体的相互作用环境，由于装置本身的限制，很难采集沉积物原状样进行实验，相应的采样方法势必破坏沉积物的物理结构和化学特性。其次，沉积物的再悬浮一沉降过程是一组动态的可

4、逆过程，而目前的研究思路多为构建平衡状态下上覆水悬浮颗粒物(SuspendedParticulateMatter，SPM)浓度与水流流速或风速的经验关系，没有在引发沉积物再悬浮的水体底部切应力与沉积物再悬浮通量和沉降通量之间建立关联。本研究以浅水湖泊沉积物的再悬浮特征为研究对象，采用一种广泛应用于河口、海岸和湖泊的沉积物再悬浮模拟装置，在不同的水动力作用强度和作用时间条件下，对太湖沉积物原状芯样的再悬浮过程开展室内模拟实验研究，从引起沉积物再悬浮的水动力学机制出发，构建水体底部切应力水平和作用时间与沉积物再悬浮通量和沉降通量间的定量关系，为污染物与沉积物和悬浮颗粒物的相互作用研究

5、奠定基础。1实验材料和方法1．1样品采集及分析使用柱状采泥器在太湖西部沿岸大浦港(31018’37．4"N，119。56’56．8”E)附近的软泥区采集沉积物原状芯收稿日期：2009-05-26基金项目：国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2008CB418202)；国家水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07101一001)；浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室开放研究基金(2007KJ001)；河海大学自然科学基金(2008427711)；中央高校基本科研业务费专项资金资助作者简介：王鹏(1979一)，男，湖北宜昌人，讲师，博士，主要从事沉积物／土壤与污

6、染物相互作用方面的研究。E-mail：hhwp@hhu．edu．crl万方数据400水科学进展第2l卷样，置于洁净的直径12．7cm的有机玻璃圆筒中，在样本表面添加3cm的采样点原水后，对容器进行密封。太湖原水在沉积物采样点处采集，装入清洁的聚乙烯瓶中，回实验室后立即经0．45Ixm的微孔滤膜过滤，作为实验过程中的沉积物上覆水。泥样和水样均置于4。C暗处保存。1．2沉积物再悬浮模拟实验(1)沉积物再悬浮振荡器沉积物再悬浮振荡器最早由Tsai等¨1应用于美国五大湖沉积物再悬浮的模拟中，近年来被广泛应用于河口、海岸和湖泊沉积物再悬浮特征及污染物在沉积物一水界面的迁移规律研究中[9-1

7、0]。几n‘llI

8、t-覆水暂赫j面7‘1采样孑l沉积物图1沉积物再悬浮振荡器示意图Fig．1Schematicviewoftheparticleentrainmentsimulator该装置由一个直径12．7tin的有机玻璃筒以及由变速马达驱动的振荡隔栅构成。马达通过旋转带动曲轴，使隔栅以2．54cm的振幅在沉积物上方上下振动，模拟外力扰动条件，装置示意图如图1所示。通过调整马达转速改变隔栅的振荡频率，从而在沉积物表面产生不同的扰动强度，模拟各种外力在天然水体底部产生的切应力。