渭河潜流带水交换作用对间隙水含氮污染物的影响机理研究

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1、分类号:X143学校代码：10697密级:公开学号：201520818硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION渭河潜流带水交换作用对间隙水含氮污染物的影响机理研究学科名称：环境工程作者：王伟泽指导老师：宋进喜教授西北大学学位评定委员会二〇一八年六月TheinfluencesofhyporheicwaterexchangeonnitrogenconcentrationsofporewaterinsedimentoftheWeiheRiverAthesissubmittedtoNorthwestUniversityinpart

2、ialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinEnvironmentalEngineeringByWangWeizeSupervisor:SongJinxiProfessorJune2018摘要摘要在河流系统中，潜流带是去除含氮污染物的重要场所，潜流带水交换作用能够造成河床沉积物氧环境的异质性，进而影响含氮污染物的转化。本研究以渭河西安段为+--研究对象，分析探究潜流带水交换作用对间隙水含氮污染物(NH4,NO3和NO2)的影响。分别于2016年8月和2017年1月选择渭河干

3、流西安段靠近南岸一水域进行大量的潜流带水交换试验，并采集0-45cm的沉积物及间隙水，分析试验区域内地表水、地下水、间隙水中含氮污染物浓度和各项基本理化指标，以及水下地形、试验点位水深和沉积物粒径分布等因子，综合分析水交换作用对间隙水含氮污染物的影响效应及机理。研究结果表明：(1)夏季含氮污染物的平面分布中，铵根离子浓度分布左侧较低而中间较高，硝酸根离子浓度分布左侧较高而中间较低，试验区域内左侧部分点位发生硝化反应较为+完全，潜流带间隙水主要含氮污染物为铵根离子。冬季含氮污染物平面分布中，NH4、--NO3和NO2的浓度分布都呈现左侧

4、浓度高而右侧浓度较低的分布规律，试验区域内左侧受到含氮污染物的污染较为严重，且试验区域内铵根离子的硝化作用进行的较为-完全，区域内潜流带的主要含氮污染物为NO3。(2)试验区域内夏季较冬季水交换作用强烈，且水交换方式不同。夏季水交换方式为上升流，上升流平均通量为360mm/d。冬季水交换方式主要为下降流，下降流平均通量为80mm/d。(3)河床地形和粒径大小共同影响潜流带水交换通量大小。夏季潜流带上升流交换量与水深之间存在负相关关系，水深较大的区域，水压较大，可能阻碍了上升流的进行从而造成了上升流交换量较小；冬季下降流通量和水深存在显

5、著负相关。上游存在深潭地形时，水流进入试验区域后近岸区域由于水深突然变浅而造成流速较大，水流流速较大的区域容易侵蚀河床，造成河床沉积物变得松散，孔隙度大，下降流通量增大。(4)夏季潜流带水交换上升流对沉积物间隙水中铵根离子浓度影响较大，上升流通量和沉积物间隙水中铵根离子浓度呈非线性关系。当上升流通量小于约400mm/d+时，随着上升流通量的增加，NH4浓度呈现明确的增加的趋势，当上升流通量达到I西北大学硕士学位论文+约400mm/d时，随着上升流通量的增加，NH4浓度开始下降。冬季试验期间下降流+-通量与NH4和NO3浓度呈非线性相关

6、关系。下降流通量低于大约100mm/d时，下降+-流通量较低的点位间隙水中NH4和NO3的浓度较大，而下降流通量较高的点位间隙+-+-水中NH4和NO3的浓度较小。随着下降流通量的增大，NH4和NO3的浓度都变小。这是由于潜流带水交换作用改变潜流带水力停留时间、造成氧环境异质性，以及对含氮污染物的迁移运输作用对间隙水中含氮污染物的浓度造成影响。关键词：潜流带，含氮污染物，间隙水，水交换，渭河IIABSTRACTABSTRACTIntheriversystem,thehyporheiczoneisanimportantplacefort

7、heremovalofnitrogen-containingpollutants.Hyporheicexchangecancausetheheterogeneityoftheoxygenenvironmentintheriverbedsediments,whichinturnaffectstheconversionofnitrogen-containingpollutants.Inthisstudy,theXi'ansectionofWeiheRiverwasusedasaresearchsitetoanalyzetheeffects

8、ofsubsurfaceflowandwaterexchangeonthe+--nitrogen-containingpollutants(NH4,NO3,andNO2)ininterstitialwater.InAug