干燥再淹沒對(duì)細(xì)顆粒床沙磷吸附特性的影響研究

李青霞，唐洪武，袁賽瑜

（河海大學(xué) 水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210098）

1 研究背景

由于全球氣候變化和土地使用加劇，河流水位變動(dòng)的頻率和空間范圍增大。河流的水位變動(dòng)會(huì)導(dǎo)致部分床沙經(jīng)歷干濕交替，改變作為水體污染物重要匯/源——泥沙的吸附特性，從而影響河流生態(tài)環(huán)境［1-2］，因而水位變動(dòng)對(duì)河流泥沙吸附特性的影響受到越來越多的關(guān)注［3-4］。

泥沙經(jīng)歷干濕交替的情況主要分兩種：（1）由自然氣候變化產(chǎn)生的水位變動(dòng)，引起部分河床經(jīng)歷干燥再淹沒，尤其是旱澇等極端氣候條件；（2）由于水庫的建成所產(chǎn)生的大面積土地淹沒，以及由水庫運(yùn)行方式所產(chǎn)生的大面積消落帶泥沙所經(jīng)歷的干濕交替。前者的研究主要集中在淺水湖泊和濕地沉積物［5-8］；后者的研究主要集中在一些大型水庫，比如三峽庫區(qū)和丹江口庫區(qū)［9-12］。研究結(jié)果表明，干濕交替產(chǎn)生的最突出的問題是河床泥沙釋放氮磷等污染物風(fēng)險(xiǎn)增大，更易成為氮磷釋放“源”。例如，底泥在落干過程中，對(duì)磷的吸附能力降低，零凈吸附磷濃度（EPC0）增大；再淹沒后，磷釋放量顯著增大，加劇了底泥磷釋放對(duì)水體的二次污染。泥沙暴露在空氣中會(huì)引起顆粒表面的氧化、金屬氧化物的熟化（尤其是鐵）、有機(jī)磷的礦化和微生物數(shù)量的減少，進(jìn)而降低泥沙對(duì)磷的親和性［3，13］；干燥再淹沒后床沙對(duì)磷的釋放動(dòng)力主要來自于經(jīng)過氧化還原轉(zhuǎn)換后鐵結(jié)合態(tài)磷的釋放［12］。

國內(nèi)外關(guān)于干濕交替對(duì)泥沙吸附特性影響的研究缺少對(duì)細(xì)顆粒泥沙（≤30 μm）的關(guān)注。細(xì)顆粒泥沙污染物吸附能力明顯大于粗粒徑泥沙［14］，在水體污染物遷移轉(zhuǎn)化中起著更為重要的作用［15-18］。落干過程中，由于黏細(xì)泥沙顆粒表面腐殖質(zhì)和礦質(zhì)膠體含量較高，會(huì)使泥沙顆粒發(fā)生黏結(jié)團(tuán)聚，再淹沒后則以微團(tuán)聚體的形式賦存在河床中［19］。微團(tuán)聚體的產(chǎn)生會(huì)改變水沙的接觸面積，從而改變泥沙對(duì)污染物的吸附特性。再者，目前相關(guān)研究主要集中于水動(dòng)力較弱的湖泊、濕地和庫區(qū)等［5-12］，對(duì)河流研究較少，未考慮干燥再淹沒后水動(dòng)力條件對(duì)床沙吸附能力的影響。尤其對(duì)于平原河流，其床沙粒徑較細(xì)，徑流量受降雨影響大，水位變動(dòng)頻率高，影響范圍大。河流水位的變化必然伴隨著水動(dòng)力條件的改變，微團(tuán)聚體的團(tuán)聚程度也可能發(fā)生變化。因而需要重視水動(dòng)力條件對(duì)經(jīng)歷干燥再淹沒后的細(xì)顆粒床沙的吸附特性的影響。

本文選取淮河中游淹沒區(qū)的細(xì)顆粒床沙，通過對(duì)比原始濕沙和風(fēng)干沙的粒徑，以及不同振蕩頻率下二者的磷吸附特性，探究考慮水動(dòng)力條件時(shí)，干燥再淹沒對(duì)細(xì)顆粒床沙吸附特性的影響。

2 實(shí)驗(yàn)介紹

2.1 實(shí)驗(yàn)沙樣采集及處理淮河作為平原河流，其降雨季節(jié)性變化和徑流量年內(nèi)變化均較大。結(jié)合2013—2015年淮河水沙資料分析，淮河徑流量和輸沙量主要集中于每年5—10月的雨季［20-22］，會(huì)引起淮河干流及其支流較大的水位變動(dòng)。2013年淮河流域各主要水文站點(diǎn)的水位資料的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，水位變動(dòng)均值為2.5 m，最高水位差可達(dá)8 m。本文選取淮河干流吳家渡水文站淹沒區(qū)床沙進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。圖1為吳家渡水文站2006年和2013年年內(nèi)水位日變化過程。由圖1可見，水位變動(dòng)劇烈，且時(shí)間主要集中在6—10月份，最大水位差可達(dá)6.6 m，會(huì)導(dǎo)致大面積床沙經(jīng)歷干燥再淹沒過程。該站點(diǎn)床沙在漲水和落水過程中隨流量的大小變化表現(xiàn)為有沖有淤，從2003年和2007年兩次大洪水情況來看，在汛期漲水和落水過程中都表現(xiàn)出了沖刷，并且沖刷量遠(yuǎn)大于淤積量［23］。吳家渡位于淮河中游，床沙黏細(xì)，有機(jī)質(zhì)及腐殖質(zhì)等含量高，泥沙粒徑小（中值粒徑在13～16 μm），干燥再淹沒過程中易發(fā)生團(tuán)聚。實(shí)驗(yàn)沙樣采自淮河中游吳家渡水文站淹沒區(qū)，在采樣點(diǎn)表面采用德國HYDRO-BIOS公司生產(chǎn)的小型箱式分層床沙采樣器，采集床面表層以下15 cm深度內(nèi)的泥沙樣品，當(dāng)天運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室置于4℃冰箱中冷藏保存。

圖1 淮河吳家渡水文站2006年和2013年年內(nèi)水位日變化過程

按照美國地球物理學(xué)會(huì)的粒徑分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，31 μm是中細(xì)粉砂和粗粉砂的分界限［24］，并且小于31 μm的泥沙可以方便得通過濕篩法進(jìn)行分離，因此選取粒徑小于31 μm的泥沙進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。為了對(duì)泥沙粒徑進(jìn)行均化處理，將所采沙樣進(jìn)行充分混合并加水稀釋分散，過31 μm濕篩，收集過篩沙樣，然后靜置24 h，再利用虹吸法將上清液轉(zhuǎn)移出來。將下層的床沙樣品分為兩份，一份在離心機(jī)中進(jìn)行水沙分離，得到的沙樣為原始濕沙（后文簡(jiǎn)稱濕沙），測(cè)量含水率（含水率為40.2%），盡量使其接近天然含水率（42%），并于4℃冰箱中保存?zhèn)溆?；另外一份置?0℃烘箱，模擬天然情況恒溫風(fēng)干［4］，然后碾碎混勻，得到干沙沙樣，于4℃冰箱中保存?zhèn)溆茫ê笪暮?jiǎn)稱為風(fēng)干沙）。上述的加水稀釋過程，以泥沙分散為目的，稀釋倍數(shù)盡量小。雖然后續(xù)的靜置沉降過程中會(huì)有少量極細(xì)黏粒和膠體物質(zhì)因難以沉降，而留在上覆水中被轉(zhuǎn)移出去，但其對(duì)泥沙的吸附容量和等溫吸附曲線的影響可以忽略不計(jì)，也不會(huì)影響干濕泥沙吸附特性的比較。上述離心分離的主要目的是加速泥沙的沉降排水過程，使?jié)裆澈式咏幚砬暗奶烊缓剩诉^程中分離出的上清液較少，不會(huì)對(duì)濕沙的吸附特性產(chǎn)生影響。泥沙樣品處理結(jié)束后，分別利用馬爾文激光粒度儀（Mastersizer 2000）測(cè)量濕沙和風(fēng)干沙的粒徑分布（圖2），測(cè)量模塊為濕法測(cè)量，沙樣粒徑均在水體中進(jìn)行測(cè)量。

2.2 等溫吸附實(shí)驗(yàn)為了獲得不同水動(dòng)力條件下干濕不同狀態(tài)泥沙的吸附特征參數(shù)，通過改變恒溫振蕩箱振蕩頻率來模擬不同水動(dòng)力條件［25］。本文選取3個(gè)振蕩強(qiáng)度100、180和250 r/min，進(jìn)行干濕不同狀態(tài)泥沙等溫吸附曲線的測(cè)量。3種振蕩強(qiáng)度分別對(duì)應(yīng)天然水動(dòng)力作用下干燥床沙不同的起懸程度，不起懸、少量起懸和大量起懸。取泥沙與水溶液質(zhì)量比為1∶100，在離心管中振蕩2 h至懸沙濃度穩(wěn)定后，測(cè)量上覆水體懸沙濃度，得到干濕泥沙不同振蕩強(qiáng)度下的起懸程度如表1所示。濕沙隨著振蕩強(qiáng)度的增大，起懸量逐漸增大；而干沙經(jīng)歷干燥再淹沒后起動(dòng)條件發(fā)生極大改變，抗沖刷能力極大增強(qiáng)，但振蕩強(qiáng)度超過一定限度后會(huì)突然大量起動(dòng)，這可能與泥沙在干燥過程中的淤積固結(jié)有關(guān)［26］。振蕩強(qiáng)度100 r/min作用下與靜置條件下上覆水中泥沙的起懸量相差很小，即再淹沒床沙不起懸；180 r/min作用下泥沙濃度少量增加，絕大部分位于底泥中，即再淹沒床沙少量起懸；250 r/min作用下再淹沒床沙大量起懸。

表1 干濕泥沙不同振蕩強(qiáng)度下的懸沙濃度 （單位：g/L）

實(shí)驗(yàn)時(shí)泥沙與水溶液質(zhì)量比為1∶100，即在一系列100 ml離心管中分別加入0.5 g風(fēng)干沙和干重為0.5 g（通過濕沙含水量換算）的濕沙，然后加入50 ml濃度分別為0、0.2、0.4、0.6、0.8、1、2、4、6、8和10 mg/L的KH2PO4溶液，于24℃下振蕩24 h，pH值維持在6～7。然后將離心管在5000 r/min下離心10 min，抽取上清液，過0.45 μm水系濾膜，用鉬-銻-抗比色法測(cè)定上清液中溶解性磷酸鹽的含量，以初始濃度與實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)磷溶液濃度差作為泥沙吸附量。每個(gè)工況設(shè)置3個(gè)平行樣，取其測(cè)量平均值作為該工況下泥沙的最終吸附量。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 干濕泥沙粒徑變化從圖2和表2中可以看出，泥沙干燥后，泥沙級(jí)配分布改變極大，中值粒徑從干燥前的11.46 μm增加到干燥再淹沒后的31.97 μm。黏粒和中細(xì)粉砂粒徑組含量大幅減少，分別降低了15%和29%，粗粉砂及以上粒徑組含量大幅增加，增加了44%，可以推斷，細(xì)顆粒床沙在干燥過程中發(fā)生了顆粒之間的團(tuán)聚，以粒徑更大的微團(tuán)聚體形式存在于水體中。

圖2 濕沙和干沙粒徑分布對(duì)比

另外，在粒徑測(cè)量過程中發(fā)現(xiàn)，這種新形成的微團(tuán)聚體水穩(wěn)定性很高，將其重新再淹沒在水體中也很難使其再恢復(fù)到初始分散狀態(tài)，而是繼續(xù)以微團(tuán)聚體的狀態(tài)存在于水體中。Horowitz等［27］在對(duì)17個(gè)水文地貌不同的河床泥沙的研究中，也發(fā)現(xiàn)了由細(xì)顆粒泥沙組成的微團(tuán)聚體（粒徑＜63 μm或者＜125 μm），其主要由鐵錳氧化物和有機(jī)質(zhì)等黏結(jié)在一起所形成的。通常情況下，床沙的淤泥質(zhì)層在水壓力和自重作用下，會(huì)發(fā)生自然的固結(jié)沉降，泥沙顆粒間會(huì)發(fā)生黏聚，這個(gè)過程通常需要數(shù)年之久，然而當(dāng)床沙經(jīng)歷干燥之后，顆粒間水分迅速蒸發(fā)排出，幾天之內(nèi)發(fā)生快速的壓縮固結(jié)，細(xì)沙顆粒在有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)等的作用下黏結(jié)團(tuán)聚。

實(shí)驗(yàn)中通過離心機(jī)對(duì)恒溫振蕩實(shí)驗(yàn)后的水沙進(jìn)行分離時(shí)，濕沙分離后得到的上清液是均質(zhì)的黃色溶液，通過水系濾膜過濾后會(huì)有黃色膠質(zhì)被分離出來。這部分黃色膠質(zhì)主要包括短時(shí)間內(nèi)難以離心沉降的細(xì)黏粒（＜1 μm）和以膠體態(tài)懸浮于上覆溶液中的大分子量有機(jī)質(zhì)［28］。這些膠體物質(zhì)對(duì)污染物吸附能力極高，對(duì)污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化具有重要影響［29］。風(fēng)干沙分離后得到的上清液無色透明，主要是因?yàn)檫@些膠體物質(zhì)極容易與大顆粒物質(zhì)膠結(jié)團(tuán)聚，風(fēng)干沙再淹沒后這些膠體物質(zhì)也不會(huì)釋放出來，從而影響風(fēng)干沙對(duì)污染物的遷移轉(zhuǎn)化。

表2 濕沙和風(fēng)干沙的粒徑分級(jí)對(duì)比

3.2 干濕泥沙吸附參數(shù)的對(duì)比為了描述干濕不同狀態(tài)泥沙的吸附特性，利用Henry線性方程、Freundlich方程和Langmuir方程對(duì)樣品等溫吸附過程進(jìn)行擬合，見圖3。圖3中，Ne為單位質(zhì)量泥沙的磷平衡吸附量；Ce為溶液中磷的平衡濃度。對(duì)于整個(gè)初始磷濃度范圍，F(xiàn)reundlich方程和Langmuir方程均能較好的模擬泥沙的等溫吸附過程（圖3（a）和（b）），相比較而言，Langmuir模型對(duì)于泥沙的擬合程度更好。在低濃度范圍內(nèi)（C0≤0.8 mg/L），由于泥沙有足夠的吸附位點(diǎn)，對(duì)磷的吸附隨溶液中磷濃度的提高而呈現(xiàn)較好的線性變化（圖3（c）），因此用Henry線性方程可以對(duì)此濃度范圍內(nèi)的泥沙吸附特性進(jìn)行更好地描述，進(jìn)而可以方便得求出零凈吸附磷濃度（EPC0）［9］。EPC0是水體中泥沙對(duì)磷既不發(fā)生吸附也不發(fā)生解吸的水體磷濃度，可用于判斷水體中泥沙對(duì)磷的臨界吸附/解吸濃度。

圖3 不同振蕩強(qiáng)度下濕沙和風(fēng)干沙等溫吸附曲線對(duì)比

由3種等溫吸附方程擬合得到的泥沙吸附特性參數(shù)如表3，相比于濕沙，風(fēng)干沙的EPC0值顯著增大，最大吸附量和吸附能顯著降低，磷釋放風(fēng)險(xiǎn)增大，與前人研究結(jié)果一致［3，5］。對(duì)比不同動(dòng)力條件下的干濕泥沙吸附特征參數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)干燥后的泥沙的吸附能力受外界動(dòng)力條件的影響較大，振蕩強(qiáng)度越大，吸附能力越強(qiáng)；而濕沙的吸附能力幾乎不受外界水動(dòng)力條件影響，這可能主要與泥沙干燥過程中形成的微團(tuán)聚體的分散有關(guān)。Barrow等［30］在采用不同的振蕩方式進(jìn)行土壤動(dòng)力學(xué)吸附實(shí)驗(yàn)的過程中，也觀察到了土壤顆粒團(tuán)聚體的分散，并將其作為土壤顆粒吸附速率增大的主要原因?？梢姡嗌澄侥芰Φ南陆?，不僅跟風(fēng)干過程中泥沙顆粒所經(jīng)歷的化學(xué)變化相關(guān)，也跟泥沙顆粒的物理結(jié)構(gòu)變化相關(guān)。黏細(xì)泥沙顆粒在干燥過程中發(fā)生的團(tuán)聚會(huì)導(dǎo)致水沙接觸面積減少，尤其是細(xì)黏粒、大分子量有機(jī)質(zhì)與大顆粒物質(zhì)間的黏聚，將原本暴露在水沙界面的吸附點(diǎn)位包裹在團(tuán)聚體內(nèi)，從而減少泥沙對(duì)污染物的有效吸附面積，因此顆粒團(tuán)聚是泥沙干燥后吸附能力下降的原因之一。

表3 Henry方程、Freundlich方程和Langmuir方程擬合吸附參數(shù)對(duì)比

EPC0值是床沙吸附磷的臨界濃度值，反映了床沙對(duì)外源磷的緩沖能力和對(duì)內(nèi)源磷的固定能力［9］。風(fēng)干沙的EPC0值始終大于濕沙，說明風(fēng)干沙需要在上覆水濃度更高的條件下才能發(fā)揮污染物“匯”的作用，因此泥沙經(jīng)歷干燥再淹沒后磷釋放風(fēng)險(xiǎn)增大。通過對(duì)比不同振蕩強(qiáng)度下干濕泥沙的EPC0值，可以發(fā)現(xiàn)干燥再淹沒過程改變了水動(dòng)力對(duì)床沙EPC0值的影響趨勢(shì)。在低磷濃度范圍內(nèi)，對(duì)于濕沙來說，由振蕩強(qiáng)度增大所導(dǎo)致的解吸增量大于吸附增量，因而在水動(dòng)力增強(qiáng)過程中，表現(xiàn)出了EPC0增大的趨勢(shì)，對(duì)內(nèi)源磷的固定能力減弱；而對(duì)于干沙來說，由于水動(dòng)力對(duì)團(tuán)聚體的作用，由振蕩強(qiáng)度增大所導(dǎo)致的吸附增量大于解吸增量，因而在水動(dòng)力增強(qiáng)過程中，表現(xiàn)出了EPC0減小的趨勢(shì)，對(duì)外源磷的緩沖能力提高。因此，雖然床沙經(jīng)歷過干燥再淹沒后磷釋放風(fēng)險(xiǎn)增大，但是水動(dòng)力的作用可以提高其對(duì)磷的緩沖能力。

為了進(jìn)一步揭示其影響機(jī)理，結(jié)合表1中不同振蕩強(qiáng)度下泥沙的起懸情況，對(duì)比分析圖3中干濕泥沙不同振蕩強(qiáng)度下的平衡吸附量。當(dāng)振蕩強(qiáng)度從100 r/min增加到180 r/min時(shí)，干沙吸附增量略高于濕沙，但二者起懸量相差極大，再淹沒床沙從不起懸到少量起懸，而濕沙為少量起懸到中量起懸；當(dāng)振蕩強(qiáng)度從100 r/min增加到250 r/min時(shí)，干濕泥沙均為從少量起懸或不起懸到大量起懸，但干沙的吸附增量遠(yuǎn)大于濕沙。分析產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因主要是，水動(dòng)力除了通過影響起懸量來影響泥沙吸附量外，還會(huì)通過改變干沙中團(tuán)聚體的分散程度來進(jìn)一步改變泥沙吸附量。隨著振蕩強(qiáng)度的增大，單位時(shí)間內(nèi)泥沙懸浮量增多，同時(shí)泥沙干燥過程中產(chǎn)生的微團(tuán)聚體也會(huì)發(fā)生分散，這兩者都會(huì)導(dǎo)致泥沙與污染物接觸面積增大，從而增加泥沙對(duì)污染物的吸附?？梢姡哟材嗌持形F(tuán)聚體的存在，增大了水動(dòng)力對(duì)河流水環(huán)境的調(diào)控能力。

圖4給出了濕沙和風(fēng)干沙在相同工況下的吸附量比值隨振蕩強(qiáng)度和磷初始濃度的變化，從圖4中可以發(fā)現(xiàn)，在水體磷初始濃度為0時(shí)，干濕泥沙均呈釋放狀態(tài)，濕沙和風(fēng)干沙的平衡吸附量比值小于1，風(fēng)干沙的釋放量要大于濕沙；當(dāng)水體磷初始濃度為0.2 mg/L時(shí)，濕沙對(duì)磷是吸附狀態(tài)，其吸附量為正值，而風(fēng)干沙對(duì)磷是釋放狀態(tài)，其吸附量定為負(fù)值，因此濕沙和風(fēng)干沙的平衡吸附量比值為負(fù)值，其絕對(duì)值小于1；當(dāng)濃度大于0.2 mg/L時(shí)，濕沙的吸附量要明顯大于風(fēng)干沙，平衡吸附量比值均大于1，且隨著振蕩強(qiáng)度的增大呈下降趨勢(shì)。相同初始濃度下（0.4 mg/L）濕沙和風(fēng)干沙的平衡吸附量比值可從3.8下降到1.3，最高振蕩強(qiáng)度250 r/min下，比值穩(wěn)定在1.3左右。由此可見，干燥再淹沒過程改變了床沙對(duì)磷的吸附特征，當(dāng)C0＞0.2 mg/L時(shí)，初始磷濃度和振蕩強(qiáng)度越低，干濕泥沙吸附特征差異越大。

干濕泥沙在不同初始磷濃度和振蕩強(qiáng)度條件下表現(xiàn)出不同的吸附特征，分析主要是由泥沙本身的多孔性及其易于團(tuán)聚的特性所導(dǎo)致的。在研究泥沙吸附特性時(shí)，可以將泥沙視作多孔介質(zhì)。與多孔介質(zhì)的吸附過程類似，泥沙微團(tuán)聚體的吸附過程主要由三個(gè)基本過程組成：離子在微團(tuán)聚體表面的薄液層中擴(kuò)散、離子在微團(tuán)聚體內(nèi)泥沙顆粒間孔隙和泥沙顆粒內(nèi)部細(xì)孔內(nèi)擴(kuò)散，最后離子吸附在泥沙顆粒細(xì)孔內(nèi)的吸附位上［31］。由此可以推斷，低振蕩強(qiáng)度下，干沙樣品中團(tuán)聚體粒徑較大，部分吸附位被包裹在團(tuán)聚體內(nèi)部，有效吸附位數(shù)量減少，同時(shí)聚集在團(tuán)聚體內(nèi)部的細(xì)沙顆粒只能通過離子擴(kuò)散進(jìn)行吸附，吸附行為受到限制。低濃度條件下，團(tuán)聚體表面濃度梯度較小，擴(kuò)散能力弱，因此吸附量少，導(dǎo)致濕沙與風(fēng)干沙平衡吸附量比值大。隨著振蕩強(qiáng)度增大，風(fēng)干沙樣品中微團(tuán)聚體被分散，包裹在內(nèi)部的有機(jī)質(zhì)等形成的吸附位可以暴露在水沙界面，團(tuán)聚體內(nèi)部的細(xì)黏顆粒也可與磷酸根溶液直接作用，有效吸附位數(shù)量增多，吸附量變大，因此干濕泥沙平衡吸附量比值變小。

圖4 濕沙與干沙平衡吸附量比值隨初始磷溶液濃度和振蕩強(qiáng)度的變化對(duì)比

3.3 水位變動(dòng)對(duì)床沙吸附的影響過程河流水位變動(dòng)是一個(gè)實(shí)時(shí)的過程，本文通過濕沙和風(fēng)干沙兩種沙樣吸附特性的對(duì)比，進(jìn)行水位變動(dòng)對(duì)床沙吸附特性的研究，是對(duì)實(shí)際物理過程的簡(jiǎn)化。下面結(jié)合本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以水位上漲回落過程中，處于水位變動(dòng)區(qū)域床沙的吸附特性變化為例，討論水位變動(dòng)對(duì)再淹沒床沙吸附的影響過程。

水位上漲之前，靠近岸坡的床沙處于干燥狀態(tài)，在此過程中由于床沙所經(jīng)歷的物理、化學(xué)和生物變化，其對(duì)內(nèi)源磷的固定能力和外源磷的吸附能力顯著下降。隨著汛期來臨，水位上漲后，這部分床沙再次被淹沒在河流中，具有較高的磷釋放風(fēng)險(xiǎn)。漲水初期，水動(dòng)力條件相對(duì)較弱，再淹沒床沙處于不起懸或少量起懸狀態(tài)，當(dāng)上覆水磷濃度小于EPC0值時(shí)，再淹沒床沙易成為磷釋放源。隨著水位的上漲，水動(dòng)力強(qiáng)度逐漸增大，再淹沒床沙吸附磷的臨界濃度值減小，磷吸附能力小幅上升。當(dāng)水位進(jìn)一步上漲后，達(dá)到再淹沒床沙的起懸條件后，床沙大量起懸，對(duì)上覆水體中磷的吸附能力劇增。此時(shí)當(dāng)上游閘壩下泄枯水期形成的污水團(tuán)時(shí)，可對(duì)下泄的高濃度污水團(tuán)起到很好的緩沖固定作用。對(duì)于淮河來說，落水期也會(huì)隨流量大小變化而表現(xiàn)出河床的沖刷，這有利于河床泥沙對(duì)上覆水質(zhì)的進(jìn)一步緩沖調(diào)節(jié)。

4 結(jié)論

細(xì)顆粒床沙在干燥過程中顆粒間會(huì)發(fā)生團(tuán)聚，極大改變了床沙的粒徑組成，再淹沒后以微團(tuán)聚體的形式賦存在水體中，改變床沙的起懸條件。床沙經(jīng)歷干燥再淹沒后，吸附容量顯著降低，EPC0顯著增大，更易成為磷釋放源，對(duì)河流外源磷的緩沖能力減弱。隨著水動(dòng)力強(qiáng)度的增大，微團(tuán)聚體會(huì)發(fā)生分散，導(dǎo)致泥沙與磷酸根離子的接觸面積增大，吸附能力顯著增強(qiáng)。另外，當(dāng)水動(dòng)力強(qiáng)度超過一定限度后，再淹沒床沙會(huì)突然大量起懸，吸附量劇增，可對(duì)汛期下泄的污水團(tuán)起到更強(qiáng)的固定緩沖作用。當(dāng)C0＞0.2 mg/L時(shí)，水動(dòng)力強(qiáng)度和初始磷溶液濃度越低，風(fēng)干沙與原始濕沙吸附量差異越顯著，這與微團(tuán)聚體的分散程度相關(guān)。

不同干濕狀態(tài)下，對(duì)于相同的床沙，其吸附特性會(huì)存在巨大差異，對(duì)水環(huán)境的調(diào)節(jié)能力也不同。因此，在特定工況下對(duì)床沙的吸附特性進(jìn)行評(píng)估時(shí)，需要充分考慮水位變動(dòng)的影響。水位變動(dòng)是評(píng)估床沙對(duì)水環(huán)境調(diào)節(jié)能力不可忽視的重要因素。

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