不同粒径泥沙共存吸附动力学模式研究

天然水体中泥沙组成具有非恒定性和非均匀性,而不同粒径泥沙的吸附能力差异很大.因此.讨论天然水体中泥沙对重金属污染物的自净能力,必须研究不同粒径泥沙共存(即非均匀沙)的吸附模式.通过系统室内静态试验,研究了不同粒径泥沙共存吸附的吸附动力学模式.它表明,不同粒径泥沙共存吸附体系各粒径之间不存在竞争和干扰,共存体系单位重量泥沙的吸附量等于各粒径泥沙单独存在,在相同条件下单位重量泥沙的吸附量乘以其在共存体系中所占份额的和.这在一定程度上解决了天然河流水体泥沙吸附量的计算问题.     

离子强度对苝与溶解有机质疏水性组分相互作用的影响

自然界水体(如地下水、湖泊、河流及海洋)中的溶解有机质(DOM)因具有显著的生态及环境功能而受到人们的广泛关注:DOM能够影响环境中污染物的命运,比如疏水性有机污染物(HOCs)与天然有机质结合后,其迁移途径、生物可利用性和毒性受到明显的控制,其对环境中生物的危害性减弱。本文运用荧光猝灭法测定了多环芳烃苝(perylene)与提取自红枫湖天然水体的DOM有机组分,计算了苝与DOM有机组分相互作用的分配系数(KDOC),探讨了影响相互作用的因素以及水体离子强度对分配系数的影响。研究认为,红枫湖DOM有机组分对多环芳烃苝的吸附能力与其芳香结构单元有很强的相关性,log KDOC值与有机组分在280 nm处的摩尔吸收(ε280)和分子质量有线性度较高的正比关系。一般而言,离子强度对分配系数的影响比较复杂,就总体趋势而言,增加离子强度有利于对PAHs吸附能力的提高。     

基于混合物理论的水力-化学-力学污染物输运模型研究

由于废弃物的堆积以及填埋场上覆盖层的重量,衬垫因此承受一定的压力,发生力学固结;由于黏土本身的结构特性,当污染物通过黏土垫层时可能会发生化学固结,而固结作用可直接对污染物的对流输运产生影响,也会引起土层体积和结构的变化,从而改变其固有的输运性质。从混合物理论出发,建立了水力-化学-力学作用下的溶质输运理论框架,统一地描述了水力-化学-力学作用下变形、水的吸附或解吸附、对流和扩散现象。将输运系数考虑为有效孔隙率的函数,由此反映固结对输运参数的影响。对所建立的数学模型进行无量纲化处理,并使用有限元软件COMSOL Multiphysics进行求解,最后进行了参数分析。研究结果表明,垫层土体中吸附水和自由水之间的化学势差异越大,层间吸附水的解吸附量越大;当土体的软硬性质不同时,当层间吸附水解吸附后,土体固结程度不同,从而对污染物输运过程的影响不同。而当垫层上覆荷载增大时,土体宏观孔隙的扩张的限制作用增强,从而对土体产生一种修复作用,抑制污染物在土体中的输运。     

重金属迁移转化模型研究

大量重金属污染物迁移转化的现象和研究成果都表明重金属以泥沙颗粒为载体迁移转化,描述重金属在天然水体中的迁移转化必须紧紧抓住泥沙颗粒运动及重金属与泥沙之间的转化关系进行.为此在对现有的重金属迁移转化数学模型进行概括分类的基础上,根据水沙运动与污染物相互作用关系,分析了泥沙颗粒运动及重金属吸附解吸不平衡过程,并结合水沙数学模型,建立了重金属迁移转化的耦合模型.同时在模型合理性分析的基础上,对模型进行了计算分析,分析表明模型能够合理地反映重金属污染物在水体中的迁移转化过程.     

红壤中矿物表面对腐殖质吸附萘的影响

矿物表面可改变土壤腐殖质对疏水性有机污染物的结合能力。采用红壤和高岭石分别与胡敏酸结合制备得到的两种复合体对萘的吸附等温线非线性显著,其n=0.76或0.74,并且有机碳归一化吸附分配系数的实验值Koacds是采用Kow计算得出的理论值Koc的5倍以上,表明红壤、高岭石均对腐殖质吸附萘有强化作用,且红壤较之高岭石对腐殖质吸附萘的影响稍强些。主要原因是,红壤中除了高岭石外,还有与腐殖质结合力很强的铁氧化物,而且很可能是吸附态腐殖质组成结构形态发生了有利于对萘吸附的改变。     

泥沙污染物起动再悬浮释放机理

底泥再悬浮时,颗粒和孔隙水会交替影响底泥污染物的释放通量。通过循环水槽实验,分别以氯化钠和磷来代表典型的非吸附性污染物和吸附性污染物,研究了再悬浮颗粒和孔隙水释放污染物的不同特征。研究表明,再悬浮磷的释放对底面切应力的反应要比氯化钠迟缓,但前者释放通量要比后者大。恒定水流下底泥再悬浮污染物释放过程可以分为两个显著阶段:起动初期2 h内,颗粒和孔隙水共同作用,两者对上覆水体中水溶性污染物的贡献之比最高为3:1,此时悬浮颗粒处于解吸污染物状态;2 h后,悬浮颗粒转为吸附污染物状态,释放通量时正时负。长期悬浮时泥沙颗粒始终为负释放状态,而孔隙水对总通量的贡献之比最高可达到60:1。上覆水体中吸附性污染物液固相浓度比值先增大后减小,悬浮后期始终处于较低值。推导了底泥释放通量的理论公式,理论结果是线性缓慢增加的,而实验值的增加趋势是先快后慢。     

泥沙颗粒生长生物膜后起动的实验研究——Ⅰ.起动实验设计及结果分析

天然水体中泥沙颗粒表面容易生长生物膜,生物膜的生长会对泥沙颗粒的运动特性产生显著影响。设计了泥沙颗粒表面生长生物膜的实验,以及生长生物膜后泥沙颗粒的起动水槽实验。在水槽观测段分别放置由去离子水浸泡和天然水培养的两种泥沙,对比观察两种泥沙起动过程的区别,分析起动流速的差异和随培养时间的变化规律。结果表明,天然富营养水体中生物膜生长繁茂,对泥沙起动特性有着显著的影响,能够增强泥沙颗粒的抗冲性,并随时间呈现出先逐步增强到一个最优值后有所削弱的钟形曲线的变化趋势,表明在研究天然河流和湖泊尤其是污染严重的水域的泥沙起动时,需要考虑到生物膜的作用。     

丁坝浑水水流环境下污染物三维数学模型

为分析丁坝附近的冲淤和水流对污染物扩散的影响,用体积比函数方法建立水沙动力学模型,考虑泥沙对污染物动态吸附解吸作用,建立了污染物三维吸附态和溶解态水质模型。数值计算非淹没丁坝附近三维水沙流动,计算结果与试验结果比较表明,所建立的数学模型能准确地模拟丁坝附近的自由水面和流场。污染物在丁坝附近的扩散模拟显示了丁坝后的回流区减慢了污染物浓度的衰减,丁坝附近水流的湍动使得冲淤条件下污染物悬沙吸附量和溶解态浓度明显增大。     

基于一个年龄概念的河口污染物输运数值模拟

根据Deleersnijder定义的一个平均年龄概念,运用耦合了物质输运模式的一个三维水动力-富营养化数值模型(HEM-3D),研究了位于美国北卡罗莱纳州Pamlico河口(PRE)的污染物输运时间在不同淡水流量影响下的分布情况。模型结果表明,在正常期,污染物被输运出PRE需要大约65d的时间。而在枯水期和洪水期,污染物分别需要230d和20d时间被输运出PRE。这表明物质输运过程明显受淡水流量的影响。污染物输运时间的空间变化显著受河口中盐度入侵的影响,咸水入侵在其可以达到的最大区域形成了一个盐度锋面,而这个锋面阻碍了污染物向外的输运。盐度层化对输运时间的垂向分布影响显著,输运时间垂向梯度随着盐度层化的增强而增大。     

水环境容量的影响因素及分析研究

本文采用流量级频率分析和统计分析方法,对黄河下游流量及泥沙含量对水环境容量的影响进行了研究分析.分析结果:河流在平滩流量时不仅输沙能力最大[8],而且输运污染物能力也最大,黄河下游水环境容量萎缩是平滩流量降低的必然结果.     

1,2-二氯乙烷和1,2-二氯丙烷在某污染场地包气带的吸附-解吸特性

1,2-二氯乙烷(1,2-DCA)和1,2-二氯丙烷(1,2-DCP)是某污染场地地下水中检出最高的挥发性有机污染物。文中采用批试验方法,研究污染场地包气带中三种不同深度土壤样品对1,2-DCA和1,2-DCP的吸附-解吸特性。结果表明:土壤中有机质决定其吸附行为,三种土壤对1,2-DCA和1,2-DCP的吸附符合Henry线性等温方程,分配系数在20.49～22.43L.kg-1,1,2-DCA和1,2-DCP在三种土壤中分别具有相似的吸附能力;同一土壤中两种目标污染物的吸附能力为Kd(1,2-DCA)>Kd(1,2-DCP),但差别不大。1,2-DCA和1,2-DCP在三种土壤中的解吸可用Freundlich等温方程拟合,解吸的难易程度与土壤中黏粒含量相关,黏粒含量越高,目标污染物的解吸越困难,第三层(地下4.9～5.1m)土壤的防污能力较强;两种污染物在三种土壤中的解吸都存在明显的滞后效应,1,2-DCP的滞后指数比1,2-DCA的大。     

三峡库区低等级土质道路侵蚀研究

以三峡库区界垭小流域内不同交通荷载土质道路为研究对象,通过自然降雨观测研究其侵蚀规律和污染物流失特征。研究结果表明,交通荷载大的干道产流率和侵蚀率均高于交通荷载低的支道,对产流率影响显著的因子主要为降雨量,对产沙率影响显著的因子为降雨量、雨强。雨型对污染物的流失特征影响显著,前期集中型降雨下,污染物流失过程线与降雨过程线同步性较好,泥沙、总氮、铵态氮、泥沙结合态磷和溶解态磷均发生了较强的初始冲刷效应;中期集中型降雨下,污染物流失浓度峰值优先于雨强峰值,且氮和磷等初始冲刷强度低于前期集中型降雨,泥沙无初始冲刷效应。     

城市地表径流-灰尘-污染物输移研究进展

城市地表"径流-灰尘-污染物"作为一个三相介质系统，相互作用机理十分复杂。分别从城市地表灰尘颗粒对不同种类污染物的吸附效应及时空分布规律、地表（坡面）降雨径流特性及过程模拟、地表径流-灰尘-污染物协同输移与削减等方面，总结与分析了现有的研究进展。从本质上来看，城市地表灰尘可视为由不同粒径泥沙颗粒组成的综合体，有必要基于泥沙运动力学理论加强对地表径流中灰尘颗粒运动规律的研究，并以灰尘颗粒对不同污染物的吸附、沉淀作用为纽带，探讨"径流-灰尘-污染物"的协同输移与削减机制。其中，如何有效扩展城市调查样本容量，比较研究不同下垫面径流动力特性，并从径流能量或功率角度出发，研究不同粒径灰尘颗粒的分组起动与输移规律，并建立在径流输送过程中的挟沙力方程，将是今后需要深入研究的问题。     

城市地表径流-灰尘-污染物输移研究进展

城市地表"径流-灰尘-污染物"作为一个三相介质系统,相互作用机理十分复杂。分别从城市地表灰尘颗粒对不同种类污染物的吸附效应及时空分布规律、地表(坡面)降雨径流特性及过程模拟、地表径流-灰尘-污染物协同输移与削减等方面,总结与分析了现有的研究进展。从本质上来看,城市地表灰尘可视为由不同粒径泥沙颗粒组成的综合体,有必要基于泥沙运动力学理论加强对地表径流中灰尘颗粒运动规律的研究,并以灰尘颗粒对不同污染物的吸附、沉淀作用为纽带,探讨"径流-灰尘-污染物"的协同输移与削减机制。其中,如何有效扩展城市调查样本容量,比较研究不同下垫面径流动力特性,并从径流能量或功率角度出发,研究不同粒径灰尘颗粒的分组起动与输移规律,并建立在径流输送过程中的挟沙力方程,将是今后需要深入研究的问题。     

Modeling the transport and distribution of lead in tidal Keelung River estuary

A vertical, two-dimensional heavy metal (lead) transport model incorporated into the hydrodynamic, salt, and sediment transport modules was developed to simulate the lead concentration in the tidal Keelung River estuary of northern Taiwan. We validated the developed model with measured data, including longitudinal velocity, salinity, suspended sediment, and heavy metal (lead) concentration, obtained in 1998. An exponential relationship relating the salinity and suspended-sediment concentrations was established to calculate the partition coefficient of lead in the estuary. The simulated results of dissolved, particulate, and total lead concentrations agreed well with the measured data. A model sensitivity analysis indicated that the partition coefficient plays an important role in the distribution of dissolved and particulate lead concentrations along the tidal Keelung River estuary.     

黄河内蒙古河段输沙量与淤积量计算方法

基于多沙河流"多来多排"输沙基本公式,建立了考虑上站来沙量、前期累计淤积量、临界输沙水量及干支流泥沙粒径影响的输沙量一般表达式。进而根据黄河内蒙古河段1953—2010年实测水沙资料,得到了内蒙古巴彦高勒—头道拐全河段及巴彦高勒—三湖河口和三湖河口—头道拐分河段的年输沙量公式,并根据输沙率法采用建立的输沙量公式计算了各河段1953—2010年的逐年冲淤量。选取三湖河口—头道拐河段的计算结果分析表明,在输沙基本公式基础上增加前期累计淤积量、临界输沙水量及干支流泥沙粒径参数,所得公式计算的年冲淤量与实测值之间的相关系数R2由基本公式的0.41依次提高到0.50、0.75和0.80,说明在基本公式基础上进一步考虑这些参数的必要性。此外,全河及分河段输沙公式计算所得输沙量及各河段冲淤量和累计淤积量与实测值的符合程度均较好,表明建立的输沙公式能够用于不同水沙条件下的输沙量和冲淤量计算,可为分析内蒙古河段的输沙特性和长期淤积趋势提供参考。     

长江中游荆江段非均匀悬沙恢复饱和系数

三峡工程运行后,长江中游荆江河段含沙量大幅度降低,次饱和水流冲刷河床使含沙量在沿程逐渐恢复,但其恢复特点由于沿程床沙组成差异而有所不同。本文基于Markov随机过程及泥沙起动理论,推导非均匀悬沙的泥沙落距表达式;结合悬移质扩散理论,修正非均匀悬沙恢复饱和系数公式。在此基础上,基于荆江河段实测输沙过程,提出考虑床沙组成影响的分组悬沙恢复饱和系数计算方法;该方法主要与泥沙粒径、悬浮指标、床沙组成及止滚概率、止悬概率等因素有关,无需考虑非饱和调整系数的影响。计算结果表明:①不考虑床沙组成时,沙市、监利站恢复饱和系数计算值均在区间0.12~0.27内变化,而考虑床沙组成时分别为0.000 3~0.171 8和0.003 5~0.157 9。②不考虑床沙组成时,分组悬沙恢复饱和系数计算值细沙>中沙>粗沙;考虑床沙组成时细沙 < 中沙 < 粗沙;除落水期外,沙市站粗沙的恢复速度均大于监利站。③沙市、监利站恢复饱和系数在各计算时段的变化过程对悬沙分组具有敏感性,其中洪水期恢复饱和系数大于枯水期、涨水期和落水期。采用河床变形方程反算分组悬沙恢复饱和系数,并与本文计算结果进行对比;通过比较分析,本文公式能够用于描述荆江河段分组悬沙恢复特性,可为三峡工程下游非均匀悬沙沿程恢复过程研究提供参考。     

输沙能力模式在坡面非恒定输沙过程中的应用

在坡面土壤侵蚀输沙计算中,可选用的输沙能力模式较多,但这些模式多运用于恒定输沙,在非恒定输沙中运用不多。建立了坡面土壤侵蚀非恒定输沙数学模型,模型中的输沙能力运用水流切应力、水流功率、单位水流功率3种模式,对模型过程采用有限差分格式离散求解。根据实测水沙资料进行模型参数率定,运用3种输沙能力模式于不同降雨强度、不同坡度的非恒定坡面输沙过程中。结果表明:在坡面非恒定输沙计算中,不同输沙能力模式对计算结果有明显影响,在降雨强度较小时,单位水流功率模式结果较其他两个模式为好,而在雨强较大时,切应力模式计算结果较好。