再悬浮底泥污染物在水体中的分层释放特征

DOI：10.3969/j.issn1000-4874.2014.05.011再悬浮底泥污染物在水体中的分层释放特征*王道增1,周旭1,朱红伟1,2,程鹏达1,钟宝昌1（1.上海大学上海市应用数学和力学研究所,上海200072,Email:dzwang@staff.shu.edu.cn;2.中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司,上海201208）摘要：要：通过环形水槽实验，该文研究了水流条件和含沙量对悬浮泥沙污染物在水体中动态释放的影响。结果表明，悬浮泥沙污染物的分布和流速及泥沙浓度有着“亦步亦趋”的紧密关系，流速变化和泥沙浓度变化能明显地改变水体中污染物的释放特征。水流流速是改变水体污染物浓度分布的主要动力因素，水槽中清水和挟沙水流在流速的垂向分布上有着显著的不同，挟沙水流靠近水表面的流速比平均流速更大，近底流速更接近于平均流速。在一定的水力条件和含沙量条件下，悬浮黏性泥沙在水体中存在明显的分层结构，浓度突变点在水深的三分之一处，并随深度向水面及水底变小。污染物的垂向分布形成略滞后于泥沙浓度分层和水流流速分层，且污染物的垂向浓度分布更加均匀。水流的流速越大，泥沙污染物的分布随着深度的变化差异也越大；水体的含沙量越大，泥沙污染物的垂向分布越趋向于均匀。关键词：词：环形水槽；挟沙水流；泥沙浓度；污染物；垂向分布中图分类号：中图分类号：X501,TV131.2文献标识码：文献标识码：AStratifiedreleasecharacteristicsofsedimentscontaminantsduringre-suspensioninwatercolumnWANGDao-zeng1,ZHOUXu1,ZHUHong-wei1,2,CHENGPeng-da1,ZHONGBao-chang1(1.ShanghaiInstituteofAppliedMathematicsandMechanics,ShanghaiUniversity,Shanghai200072,China;2.NationalEngineeringResearchCenterofDredgingTechnologyandEquipment,Shanghai201208,China)Abstract:Theeffectsofflowconditionsandsedimentconcentrationonthedynamicreleaseofpollutantswerestudiedthroughanannularflume.Theresultsshowedthatdistributionofcontaminantshadpickedupthepaceofflowvelocityandsuspendedsedimentconcentration.Thechangesofflowvelocityandsedimentconcentrationdistributioncouldsignificantlyalter*收稿日期收稿日期:2014-04-08(2014-08-11修改稿修改稿)基金项目基金项目:国家自然科学基金重点项目(11032007)和上海市科技攻关项目(11231200300)作者简介作者简介:王道增(1944－),男,上海人,教授.Received:April8,2014(RevisedAugust11,2014)Projectsupportedbyfoundations:SupportedbytheStateKeyProgramofNationalNaturalScienceofChina(11032007)andtheKeyScienceandTechnologyProgramofShanghai(11231200300)Biography:WANGDao-zeng(1944–),Male,Professor.王道增，等：再悬浮底泥污染物在水体中的分层释放特征593引言近年来，水体底泥沉积物污染已经成为制约经济发展的主要环境因素之一[1-3]。围绕受污染的底泥在水动力作用下发生再悬浮二次污染的问题引起了许多国内外学者的关注。受水动力作用影响，含沙水体经常与底床发生泥沙交换，当有明显的再悬浮和沉降发生时，部分泥沙颗粒就会进入或者脱离水层[4]。存在于底泥沉积物中的污染物一部分随着泥沙的起动再悬浮被释放到水体中，另一部分会随着悬浮泥沙做进一步迁移和释放[5-10]。水体中悬浮泥沙是污染物发生迁移转化的主要载体，而悬移运动的泥沙大部分是具有黏性的细颗粒泥沙。在一定的动力、泥沙浓度、水深和坡度条件下，泥沙运动具有分层特征，泥沙浓度在垂向运动上会形成一个稳定的分布[11-13]。研究表明，水体泥沙垂向浓度分布和污染物的垂向浓度分布有着密切的关系。目前关于悬浮泥沙