胶体颗粒在潜流带中沉积过程及机制

张中天,金光球,陈鹤翔,唐洪武,李 凌

(1.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏 南京 210098；2.河海大学水利水电学院,江苏 南京 210098；3.西湖大学,浙江 杭州 310000)

潜流带是河流系统中地表水和地下水双向交换、相互作用的区域[1-2],同时含有地表水和地下水是潜流带的一个重要特征[3]。Triska等[4-5]对潜流带进行了量化,结果表明潜流带中地表水含量大于10%但小于98%。潜流带是重要的生物化学反应场所,物质和能量交换频繁[6],也是许多水生生物的栖息地和重要鱼类的产卵场[7-9],具有调节水温、涵养水源、促进氮、磷等物质循环和保护生物多样性等众多功能,其健康尤为重要[10-12]。然而,河流中的胶体颗粒会在潜流交换、颗粒沉降与河床截留等因素共同作用下沉积于潜流带[13]。受到水流、河床表面压差等因素作用,潜流带中沉积的胶体或形成一定的分布[13-14],对区域水动力特征和生态环境产生不同形式的影响[15]。研究胶体颗粒在潜流带中的沉积分布规律及其响应特征,对潜流生态修复和河流健康管理都有积极意义。

胶体颗粒在潜流带中的沉积会对区域水生态环境产生重要的影响。研究表明胶体颗粒在潜流带中迁移会被截留在多孔性河床中,改变区域河床孔隙率和渗透系数[14,16],从而减缓区域水流作用,为潜流带沉积物中的生物膜提供较为稳定的生境[17-18]。另外潜流带中的胶体颗粒也可成为污染物和生源物质的良好载体[19-21],对于颗粒粒径较小的胶体颗粒,较大表面积和特殊的表面物理化学性质使之对于重金离子、有机化合物、放射性物质等污染物质具有很强的吸附能力[22-23],并促进这些污染物在河床中富集[24-25]。……