《膠體在河流中潛流交換機制及沉積分布特徵》是依託河海大學，由金光球擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：膠體在河流中潛流交換機制及沉積分布特徵
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：金光球
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
河流中廣泛存在的膠體直接影響河流生態系統；作為吸附顆粒，對吸附性污染物在河流中的遷移和歸宿也有不同程度的影響。在潛流交換的作用下，膠體遷移到河床中，減小或阻止潛流交換，破壞潛流帶中水生生物的生境條件和棲息場所，損害潛流帶水生態系統的結構和功能。對膠體潛流交換機制及膠體沉積分布特徵的研究是潛流帶生態環境研究中的一個重要問題。本項目利用物理模型實驗和數值模擬相結合的方法，研究膠體在河流潛流帶中的傳輸、沉積過程，沉積膠體的分布狀況及其對水沙界面潛流交換量的影響。研究成果將有助於搞清膠體在河流中的歸趨和影響，對研究潛流帶乃至整個河流系統的生態和環境修復與管理具有重要的理論價值。
結題摘要
本項目通過室內水槽試驗和數值模擬，對膠體在河流中潛流交換機制及沉積分布特徵開展了部分開創性研究，主要學術成果如下：（1） 建立了模擬膠體和污染物地表水-地下水之間遷移的耦合數學模型。通過對上覆水流動、孔隙水流動、膠體和污染物遷移過程模擬，得出：膠體在潛流帶中遷移不僅受到水流對流、擴散的影響，同時自身重力也發揮重要作用；在遷移過程中膠體還受到截留的影響，致使膠體濃度不斷衰減。（2）揭示了在潛流交換作用下膠體在河床中的沉積分布特徵。首次通過物理實驗獲取到膠體在河床中最終的截留分層數據。結果表明河床表層對膠體截留量相對較大，深層膠體的截流量逐漸減少。隨著試樣注入次數的增加，膠體濃度的衰減速率減緩，表明河床中的已截流膠體阻礙上覆水中膠體向河床中的遷移。（3）膠體沉積對水沙界面潛流交換的影響。膠體在河床中的沉積，特別是在河床表面的沉積，改變了河床表面多孔介質的性質，使多孔介質孔徑分布不均勻，進而改變河床中孔隙率，改變潛流帶水動力分布，致使水沙界面潛流交換量較少。（4）揭示在潛流交換作用下膠體粒徑的變化。隨著試樣注入次數的增加，開始階段膠體的濃度衰減較快，對應的膠體的粒徑也隨之較小，這說明大粒徑顆粒已經被截留在河床上。在實驗過程中；後一次實驗中膠體的濃度變化速率小於前一次實驗中的值，說明膠體在河床中存在堵塞現象，且堵塞量隨實驗次數減小，最後達到一個平衡。（5）密度流作用下及突發性污染事件後污染物遷移特徵。利用循環水槽實驗和數學模擬，研究揭示密度流提高了溶質進入河床潛流交換量，在污染物遷移過程中密度流不僅加速污染物向下遷移，還部分出現了指流現象。研究發現在污染事件結束後，污染物在河床中的影響並未結束，而是繼續向河床內部遷移，密度流加速污染物進入河床，但是阻礙進入河床中的污染物釋放，從而導致河水的污染物濃度出現長尾巴現象，對河流的生態環境存在長期影響。（6）密度流作用下膠體在潛流帶中的運移。在密度流作用下，膠體在河流中的遷移除了受孔隙水流和密度流的作用，還受到膠體截留和自身沉降的作用。濃度較小的膠體在潛流帶中對流作用較強的區域遷移，主要受到孔隙水流的作用；濃度較大的膠體在潛流帶中的遷移受到了孔隙水流和密度流的雙重作用。膠體在潛流帶中的遷移同時還受到泥沙的過濾作用，會有部分截留在泥沙中，不隨水流一起運動；影響潛流交換，進而影響潛流帶水生態環境。
