原始底泥冲悬量及其计算方法的初步分析.pdfVIP

原始底泥冲悬量及其计算方法的初步分析 李剑超 旅游与环境科学学院，陕西师范大学，西安 （710062 ） E-mail: jianchao_lee@ 摘要：底泥冲刷沉降、再悬浮是作用于水环境内源污染的主要因素，水力学中对底泥冲悬量的计算未考虑 底泥相中污染物释放的问题，不能用于此方面的定量计算。本文在前期实验研究和理论分析的基础上，首 次提出原始底泥冲悬量的概念，即经过一段时间使污染物形成分布平衡后的底泥，在外力的作用下悬浮起 的数量，它可以更好地与污染物释放建立对应关系。最后，并结合泥沙动力学初步分析了影响原始底泥冲 悬量的因素和计算方法。 关键词：污染底泥 原始底泥冲悬量 污染物释放 河流湖泊污染是一个全球性的问题，在我国尤为严重。由于长年接受污水、废水等的排 入，在河湖底部形成了具有一定厚度并富含各种污染物质的底泥层，底泥耗氧、底泥向上层 水体释放污染物，以及底泥在冲刷作用下的悬浮释放等，都对水域的水质和水环境容量等产 生显著影响。即使将所有陆上点源、面源污染进行控制，由于内源污染的存在，仍不能完全 避免水质的恶化[1] 。在内源污染的释放过程中，水力条件、污染物数量及特性起着决定性作 用[2] 。在底泥系统中，有机污染物是以三种形式存在的：溶解于间隙水、吸附于固相颗粒表 面、存在于底泥颗粒内部。其中溶解于间隙水相及由于吸附平衡而附着于固相颗粒表面的污 染物的量是占释放总量的绝大部分，在污染底泥冲刷悬浮的过程中，迅速释放，造成上覆水 体水质的恶化[3] 。水力学中对底泥冲悬量的计算未考虑底泥相中污染物释放的问题，故而不 能用于此方面的定量计算，本文的重点是解决这一问题，为内源污染影响下的水质模型建立 提供参考。 1 原始底泥冲悬量概念的提出 通常的泥沙动力学所讨论的冲刷与淤积是一个宏观平衡的结果，他们所讨论的冲刷量是 泥沙颗粒从底部悬起的数量减去悬浮泥沙返回河床的量。在讨论底泥有机污染物释放时，显 然存在这样一个问题，底泥有机污染物的释放与悬起底泥中可释放污染物的量有关系，而与 底泥的起悬总量没有直接的对应关系。前期的实验研究发现，污染底泥冲刷悬浮影响水质的 主要途径是底泥间隙水及与间隙水平衡的底泥固相吸附的有机污染物快速释放进入上层水 体；而释放污染后的底泥中，有机污染物的形成还需要一段时间过程来缓慢恢复间隙水相中 [3] 的污染附存平衡状态 。 根据以上分析，首次提出原始底泥冲悬量的概念，即经过一段时间使污染物形成分布平 衡后的底泥，在外力的作用下悬浮起的数量。其中的“原始”是指底泥中污染物形成平衡这 样一种状态。举以下的例子可以清楚地反映出概念上的差异： 在水流含沙量等于饱和挟沙量时，由于存在床面附近的泥沙交换，虽然宏观的冲刷量为 零，但是底泥中的污染物仍然可以通过底泥颗粒的交换悬浮释放进入大水体，从而使得上覆 - 1 - 水体的污染物浓度不断升高。此时已原始底泥冲悬量的概念，其数值并不为零。 2 原始底泥冲悬量的影响因素及其计算方法初步分析 2.1 影响因素 静止底泥中的污染物形成、分布平衡是受环境条件及有机污染物自身的情况作用的，而 原始底泥悬浮过程受许多因素的影响。主要包括一些几点：河流底部流速、大水体中悬浮的 底泥颗粒沉积在床层上部的掩蔽作用、河流水体中的含沙量的大小、底泥床层本身的性质等， 可以用图1表示出来。 图1 原始底泥冲悬量影响因素 Fig. 1. Effecting factors on original bottom sediment suspending quantity 2.2 计算方法初步分析 将原始底泥冲悬量定义为S ，以方便以下的计算分析。S 的数量对底泥有机污染物释放 的计算有很大的意义，前人未能意识到原始底泥悬浮与底泥冲刷之间的差异性，这样会造成 预测结果的误差。我们可以将S 分为两部分， S S1 +S2