浅水湖泊水体中不同颗粒悬浮物静沉降规律研究

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1、万方数据第19卷第l期2008年1月水科学进展ADVANCESINWATERSCIENCEV01．19．No．1Jan．．21)08浅水湖泊水体中不同颗粒悬浮物静沉降规律研究向军1一，逢勇1，李一平1，魏海3，王鹏3，刘兴平1(】．河海大学环境科学与工程学院，江苏南京210098；2．柳州市水利局，广西柳州545001；3．南京市自来水总公司，江苏南京2lO002)摘要：为了解浅水湖泊水体中颗粒悬浮物的静沉降规律，以太湖为例，采用重复深度吸管法计算了20(15年4月、5月问在太湖进行的4次静沉降模拟实验中的沉降速度。结果表明：①在悬浮物沉降过程内，3种

2、颗粒物的沉速关系为颗粒元机物(P_mz)>悬浮物(SS)>颗粒有机物(PD肘)。在相同的沉降时间内，纠埘的沉速为S5沉速的1．6～2．o倍，PD肘的沉速为豁沉速的O．3．O．7倍，P_Ⅲ的沉速为PD肘沉速的2．5～5．5倍；②水体中悬浮物浓度与沉降时间均呈现出观显的指数衰减规律，悬浮物中无机物含量较高时这种规律更为明显；③悬浮物浓度较低时，太湖悬浮物的沉降速率与水体中的悬浮物浓度无明显的相关关系；而悬浮物浓度较高时，沉降速率随悬浮物浓度升高而增大。关键词：悬浮物；静沉降；沉降规律；浅水湖泊中图分类号：P334．5；7rvl42．3文献标识码：A文章编号

3、：1001．679112008)Ol—0111一05对于大型浅水湖泊而言，其沉积物在风浪的作用下极易发生再悬浮u'2J，其过程对水生生态系统中有机物的迁移、转化以及与其相伴随的营养盐循环再生具有重要意义【3’4J。此外悬浮物的沉降速率也是生态系统热力学[5]和动力学模型[6]的重要输入参数。水体中悬浮颗粒物的沉降速率除与粒径密切相关r7’8J外，还与颗粒物的组成、含量以及水环境化学特征密切相关，不同类型的颗粒物受到的物理、化学、生物作用不同，从而影响颗粒物的絮凝能力，进而影响其沉降速率[9“3

4、。已有的研究成果主要集中于海洋、港口、河口等，而浅水湖泊则

5、少见报道。为初步了解浅水湖泊悬浮物的沉降性能及沉降速度，本文以太湖为例，于2005年4月、5月间在太湖进行了4次悬浮物的静沉降实验，对湖泊水体中不同颗粒悬浮物静沉降规律进行了研究。1材料与方法1．1实验装置实验装置为有机玻璃圆筒(图1)，内径19cm，外径20cm，截面积284cm2，高度54cm。在筒壁上从上至下设置3个取样口。1．2取样时间和方法室内静沉降实验于2005年共进行4次，实验时间分别为4月7～8日，4月8～9日，5月28～29日，5月30。31日。实验用水均取自中国科学院太湖湖泊生态系统研究站(简称太湖站)栈桥附近的太湖原水，取样后立即

6、送入实验室中进行实验。在将原水注入沉降筒之前，再次摇匀，然后注满沉降筒，同时取初始水样50mL。实验过程图1沉降筒示意图(单位：cm)Fig．1SchemeofsedjmentsetLlingtrap收稿日期：2007．03—06基金项目：国家自然科学基金资助项目(50579015；40601050)；高等学校搏士学科点专项科研基金(20()70294019)作者简介：向军(1962一)，男，广西柳州人，高级工程师，博士研究生，主要从事水环境规划与管理工作。E—mail：xian百unslj@163．com万方数据112水科学进展第19卷中，分上、中、

7、下3层同时取样，取样体积均为50mL。取样时间间隔为0、5、10、15、20、30、40、60、90、120、150、180、240、300、480、720、1440、2160Injn。实验期间，水温保持在25℃左右。1．3测定项目及分析方法测定项目为悬浮物、有机颗粒物和颗粒物粒度。悬浮物、有机颗粒物的测定采用烘干称重法。颗粒物粒度用MalvenMasterizer2000激光粒度仪测定，仪器的测量范围为O．02—2000pm，重复测量误差小于1％。1．4沉降速率计算方法本文采用重复深度吸管法计算颗粒悬浮物的沉降速度。由于悬浮泥沙在静水中絮凝沉降基本上

8、是一维的，1961年，McLaughlin从输沙平衡方程式出发，推导出在静水条件下[14]：(神一=一r舡=一箱sdz(1)式中s为含沙浓度，mg／L；f为时间，s；二为泥沙平均沉降速率，c—n／s；彳为水深，cm。通过测定不同时间的含沙量的垂线分布，运用图积分的方法，即可求出不同三处的瞬时沉降速率∞随时间的变化。MchugIllin命名此法为“重复深度吸管法”[15]，实质上是“吸管法”[16]的进一步改进。本文根据不同时刻沉降筒上、中、下处sS浓度值，利用重复深度吸管法，计算太湖悬浮物的沉降速度。同时采用水深加权的方法计算每取样时刻沉降筒内的平均浓

9、度，采用浓度加权的方法求取3个取样口的平均沉降速率。其计算方法如下：C=(^1Cl+^2C2+