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细颗粒沉积对潜流交换的影响机制

1.8万字 53页 原创作品，已通过查重系统


摘要
细颗粒广泛存在自然界的河流系统中，它本身对于河流潜流带来说既可能是污染物，同时也可能是其他污染物的吸附剂。细颗粒随水流进入河床会被河床多孔介质截留，长时间的细颗粒进入会堵塞河床内多孔介质的孔隙从而对河床本身的渗透性产生影响。渗透性的改变会对潜流交换的模式产生影响，进而改变细颗粒在河床内的运移模式。
本文在前人细颗粒堵塞模型的基础上建立了新模型，并探讨了细颗粒的沉积堵塞对河床内潜流交换的影响机制，发现细颗粒的沉积堵塞作用会减少进入河床的水流流量，细颗粒对河床的堵塞也会使河床表层的渗透率产生空间分布不均性，即在河床潜流交换的进流区产生一个渗透率明显低于周边区域的低渗透区。低渗透区的形成会对河床内潜流交换的模式产生较大影响，从而影响河床内孔隙水运动模式和细颗粒的运移模式。这种影响会导致细颗粒的存留比（某时刻细颗粒仍在河床中的量占细颗粒总进入量的比例）相对于不考虑细颗粒的沉积堵塞作用，有一个增加过程，本文称之为“翘尾巴”现象。随着细颗粒浓度的增加，细颗粒的堵塞越来越严重影响河床内的潜流交换。细颗粒存留比的整体数值并没有显著的增加，但是存留比的后期的翘起程度却增加了。随着河床多孔介质过滤系数的增加，细颗粒在河床表层产生的低渗透区越来越贴近河床的水沙界面并远离潜流交换的出流区。细颗粒存留比整体数值随着河床多孔介质过滤系数的增大而增大，存留比后期的翘起程度随着河床多孔介质过滤系数的增大先增大后减少。随着细颗粒沉降速度的增加，细颗粒对河床的堵塞使水流流入河床的水量有一个加速下降的过程，细颗粒在河床表层产生的低渗透区范围越来越大且逐渐扩散至整个河床表面。当细颗粒沉降速度很大时，细颗粒会在河床表层形成一层低渗透层。细颗粒存留比整体数值随着细颗粒沉降速度的增大而增大，存留比的后期的翘起程度随着细颗粒沉降速度的增大先增大后减少。这些结果揭示了细颗粒的沉积堵塞作用会改变对潜流交换的模式和细颗粒自身在河床内的运移方式进而对河流的生态环境造成影响。


关键词：潜流带；潜流交换；细颗粒；堵塞；渗透率变化