水体紊动作用下湖泊泥沙解吸释放磷的实验研究.pdf

《水体紊动作用下湖泊泥沙解吸释放磷的实验研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、泥沙研究2014年2月Journa1ofSedimentResearch第1期水体紊动作用下湖泊泥沙解吸释放磷的实验研究夏波，张庆河，蒋昌波，聂小保(1．天津大学建筑工程学院，天津300072；2．长沙理工大学水利工程学院，湖南长沙410114)摘要：为了揭示水体紊动对湖泊泥沙解吸释放磷的影响，本文选取东洞庭湖湖底表层泥沙作为研究对象，通过近似均匀紊流模拟装置模拟不同强度的紊动水体，研究紊动作用下泥沙解吸释放磷的影响因素和基本规律，结果表明：泥沙起动之前，在垂向紊动扩散作用下，表层泥沙孑L隙水与上覆水之间的溶解态磷交换，是溶解态磷迅速增大的主要原因；在较强紊动作用下，泥沙普遍起动，悬

2、浮泥沙所吸附的磷解吸至水体中，溶解态磷含量显著增大，泥沙浓度越高，溶解态磷含量增长速率越大，达到平衡的时间越短；紊动扩散作用对泥沙解吸释放磷影响显著。关键词：近似均匀紊流；泥沙；磷释放；解吸作用；孑L隙水中图分类号：X524文献标识码：A文章编号：0468—155X(2014)0l-0074—071引言磷是湖泊富营养化最常见的限制性营养盐⋯，当外源污染得到控制的情况下，湖泊底泥的磷释放将成为水体磷的主要来源，因此，底泥磷释放规律一直是湖泊水体富营养化的研究热点。在不同强度水动力作用下，湖泊底泥将不同程度地解吸释放磷，其释放量和释放规律均与水动力条件密切相关。水体紊动是衡量水体扰动强度

3、和水流条件的重要指标，紊动强度对泥沙运动状态、悬浮泥沙浓度、泥沙粒径组成有着直接影响，从而对泥沙解吸释放污染物的过程产生重要作用，然而，关于水体紊动对泥沙解吸释放磷的影响规律的研究仍然较少。目前针对泥沙吸附解吸特性的研究大部分在恒温振荡器中开展，该类型实验所采用的反应器较小，而振荡强度相对较大，污染物和泥沙颗粒能充分地接触和碰撞，具有“泥沙浓度均匀、溶解态污染物浓度均匀”的特点，因此，易达到基本平衡，能较好地分析温度、pH值和DO等环境因素对泥沙吸附特征的影响，但恒温振荡器实验的水动力条件与天然水体差异显著且难以量化，无法揭示不同水动力条件下泥沙吸附解吸磷的规律。为更真实地模拟天然水

4、体中泥沙吸附解吸磷的过程，研究者分别在有机玻璃圆筒、室内环形水槽。。和波浪水槽中开展了底泥及悬浮泥沙在不同动力条件下解吸释放磷的基本规律研究。上述实验加深了对泥沙吸附解吸磷动态过程的认识，但上述装置生成的水流条件和扰动强度过于简化，对泥沙运动状态的控制程度不高，更难以建立扰动强度与污染物释放通量之间的定量关系，因此，只能半定量地描述泥沙对污染物吸附及解吸过程。为此，本文引入一种近似均匀紊流模拟装置，模拟不同强度的水体紊动和泥沙运动状态，开展水体紊动作用下泥沙解吸释放磷的基本特性研究，为进一步建立水动力条件与污染物释放通量的模型提供基础数据。收稿日期：2013-01-18基金项目：国家

5、自然科学基金资助项目(51309036，51109018)；湖南省科技计划重点项目(2009TP4030—2)；湖南省教育厅资助项目(10C0392)作者简介：夏波(1981一)，男，湖南湘潭人，博士，讲师，主要从事水沙过程及其环境效应研究。E—mail：steded@126．com742实验材料与方法2．1实验材料实验泥沙均采用“抓斗式”底泥取样器于2012年6月取自湖南省东洞庭湖漉湖13(112。48，13”E．29。1029”N)，取样深度为沉积物表层lOcm，泥沙中值粒径为0．015ram，总磷含量为1．28mg／g。样品的保存采用两种方式：一部分在现场用聚乙烯口袋密封后4~

6、C左右冷藏；一部分除去植物等残渣后自然风干，研钵研碎置于玻璃容器中密封保存。2．2实验装置实验所用近似均匀紊流模拟装置如图1所示，主体反应容器为直径30cm高100cm的有机玻璃圆筒，紊流发生装置由电机、传动装置和控制箱组成。电机振动频率为0—10Hz，传动结构振幅为0—10cm，均无级可调，格栅通过传动结构与电机相连并由电机驱动在竖直水槽中沿垂直方向作往复运动，格栅开口处将形成射流，而格栅条上下方则形成尾流，射流与尾流相互作用生成近似各向同性的紊流¨。格栅紊流易于控制和重复，不存在平均流动，且具有近似各向同性的特点，因此被广泛应用于紊流结构及相关问题的研究，尤其在泥沙运动研究中得到

7、了广泛应用¨，为了深入了解不同强度紊动作用下泥沙解吸释放磷的基本规律，本文采用该装置生成近似均匀紊流研究紊动作用对底泥释放磷的影响。2．3实验方法将现场采集的底泥平铺至有机玻璃圆筒底部，铺设厚度为lOcm，格栅布置在距泥沙表面约5cm的位置，网格尺寸M为7．5cm，格栅厚度和栅条宽度均为1cm，底泥整平后缓慢注入纯水至水深60cm。纯水由艾科浦AFX1—2500一P型实验室用纯水机制得，符合《分析实验室用水国家标准》规定的一级水标准，电解质含量极低。为了较