水動力條件對SWI氧通量影響機制的研究.pdf

1、水體-沉積物界面（SWI）的氧通量大小直接影響沉積物中氧的空間分布，繼而會影響沉積物中各種物質(zhì)的形態(tài)轉(zhuǎn)化及能量傳遞過程；SWI中的氧通量大小受到水動力條件以及沉積物理化性質(zhì)的影響。本論文選擇三峽庫區(qū)典型次級河流-御臨河為研究對象，設(shè)置實驗裝置，模擬御臨河水動力情況，利用聲學(xué)多普勒流場測試技術(shù)與微電極測試技術(shù)，構(gòu)建非侵入式渦度相關(guān)測量法，探索了不同水動力條件下氧在SWI中的傳質(zhì)途徑及規(guī)律，分析了沉積物中物質(zhì)的理化性質(zhì)，主要包括有機質(zhì)、Fe

2、2+、Mn2+的氧化過程，探究了沉積物的理化性質(zhì)對SWI的氧通量的影響。
　　研究得出的主要結(jié)論如下：
　　①靜止?fàn)顟B(tài)下(流速為0±0.01m/s)，SWI的溶解氧濃度隨時間的增加而遞減，溶解氧濃度1小時變化量為2.359mmol/m3，在五種水動力條件下最小。平均流速為0.03m/s、0.07m/s、0.12m/s和0.2m/s時，SWI的溶解氧濃度隨時間增加而增加的，溶解氧濃度1小時變化量分別為11.484mmol/m3

3、、15.027mmol/m3、19.533mmol/m3和24.829mmol/m3，溶解氧濃度變化量也隨著平均流速的增大而增大。平均流速為0.03m/s時的溶解氧濃度1小時變化量是平均流速為0m/s時的1.5倍。
　?、陔S著平均流速的增加，SWI氧通量不斷增加，最大值達(dá)到了-2.955mmol?m-2?h-1，在平均流速為0.2m/s獲得，比最小值多了92.80％。水體擾動（流速為0.03±0.02m/s）時SWI氧通量是靜止?fàn)?/p>

4、態(tài)下SWI氧通量的2.4倍，水體紊動越劇烈，溶解氧濃度增加越快，SWI的傳質(zhì)作用越強；水體受擾動且未處于懸浮狀態(tài)（流速為0.03m/s～0.12m/s）時，SWI的氧通量隨著平均流速的增加呈線性增加；水體處于懸浮狀態(tài)（流速為0.20±0.02m/s）時， SWI的氧通量比水體流速為0.12±0.02m/s時SWI氧通量增加了50.57%，此時SWI的氧通量增加速率大約是水體擾動時（流速為0.03±0.02m/s～0.12±0.02m/s

5、）的3倍。
　　③不同水動力條件下SWI的氧通量全部為負(fù)值，表明沉積物充當(dāng)溶解氧的匯，五組實驗SWI的氧通量隨時間的增加而不斷減少，呈現(xiàn)遞減規(guī)律，最小值達(dá)到了-5.732mmol?m-2?h-1，比最大值減少了17.23%。
　　④水體流速介于0～0.01m/s時，氧的垂直渦動擴(kuò)散系數(shù)（Kv）與水體流速呈線性相關(guān)關(guān)系；水體處于擾動且底泥未懸浮狀態(tài)（流速為0.01～0.14m/s）時，氧的Kv隨著速度的增加呈線性增加，比水體流

6、速介于0～0.01m/s時高2個數(shù)量級；懸浮狀態(tài)（流速為0.18～0.22m/s）時，氧的Kv無明顯的規(guī)律。
　?、輰嶒炛谐练e物中的有機質(zhì)、Fe2+和Mn2+含量
　　隨著實驗的進(jìn)行，不斷被氧化降低，SWI的氧通量也隨著實驗的進(jìn)行也不斷降低；有機質(zhì)耗氧量占沉積物總氧通量的最高比例可達(dá)56.17%，所占比例最大；化學(xué)耗氧量中Fe2+的耗氧量較大，占總氧通量的最高比例可達(dá)10.96%，Mn2+的耗氧量在三者之中最少，占總氧通量比