細(xì)顆粒沉積對潛流交換的影響機(jī)制

1.8萬字 53頁 原創(chuàng)作品，已通過查重系統(tǒng)


摘要
細(xì)顆粒廣泛存在自然界的河流系統(tǒng)中，它本身對于河流潛流帶來說既可能是污染物，同時也可能是其他污染物的吸附劑。細(xì)顆粒隨水流進(jìn)入河床會被河床多孔介質(zhì)截留，長時間的細(xì)顆粒進(jìn)入會堵塞河床內(nèi)多孔介質(zhì)的孔隙從而對河床本身的滲透性產(chǎn)生影響。滲透性的改變會對潛流交換的模式產(chǎn)生影響，進(jìn)而改變細(xì)顆粒在河床內(nèi)的運(yùn)移模式。
本文在前人細(xì)顆粒堵塞模型的基礎(chǔ)上建立了新模型，并探討了細(xì)顆粒的沉積堵塞對河床內(nèi)潛流交換的影響機(jī)制，發(fā)現(xiàn)細(xì)顆粒的沉積堵塞作用會減少進(jìn)入河床的水流流量，細(xì)顆粒對河床的堵塞也會使河床表層的滲透率產(chǎn)生空間分布不均性，即在河床潛流交換的進(jìn)流區(qū)產(chǎn)生一個滲透率明顯低于周邊區(qū)域的低滲透區(qū)。低滲透區(qū)的形成會對河床內(nèi)潛流交換的模式產(chǎn)生較大影響，從而影響河床內(nèi)孔隙水運(yùn)動模式和細(xì)顆粒的運(yùn)移模式。這種影響會導(dǎo)致細(xì)顆粒的存留比（某時刻細(xì)顆粒仍在河床中的量占細(xì)顆粒總進(jìn)入量的比例）相對于不考慮細(xì)顆粒的沉積堵塞作用，有一個增加過程，本文稱之為“翹尾巴”現(xiàn)象。隨著細(xì)顆粒濃度的增加，細(xì)顆粒的堵塞越來越嚴(yán)重影響河床內(nèi)的潛流交換。細(xì)顆粒存留比的整體數(shù)值并沒有顯著的增加，但是存留比的后期的翹起程度卻增加了。隨著河床多孔介質(zhì)過濾系數(shù)的增加，細(xì)顆粒在河床表層產(chǎn)生的低滲透區(qū)越來越貼近河床的水沙界面并遠(yuǎn)離潛流交換的出流區(qū)。細(xì)顆粒存留比整體數(shù)值隨著河床多孔介質(zhì)過濾系數(shù)的增大而增大，存留比后期的翹起程度隨著河床多孔介質(zhì)過濾系數(shù)的增大先增大后減少。隨著細(xì)顆粒沉降速度的增加，細(xì)顆粒對河床的堵塞使水流流入河床的水量有一個加速下降的過程，細(xì)顆粒在河床表層產(chǎn)生的低滲透區(qū)范圍越來越大且逐漸擴(kuò)散至整個河床表面。當(dāng)細(xì)顆粒沉降速度很大時，細(xì)顆粒會在河床表層形成一層低滲透層。細(xì)顆粒存留比整體數(shù)值隨著細(xì)顆粒沉降速度的增大而增大，存留比的后期的翹起程度隨著細(xì)顆粒沉降速度的增大先增大后減少。這些結(jié)果揭示了細(xì)顆粒的沉積堵塞作用會改變對潛流交換的模式和細(xì)顆粒自身在河床內(nèi)的運(yùn)移方式進(jìn)而對河流的生態(tài)環(huán)境造成影響。


關(guān)鍵詞：潛流帶；潛流交換；細(xì)顆粒；堵塞；滲透率變化