典型物理化学作用下河床渗透系数变化机理研究

正确认识河床渗透性能变化规律及影响机理在维持河流-地下水相互作用以及全球水循环中起着十分重要的作用。本课题以河流与地下水水力联系较密切，水质相互影响和下游泥沙冲淤变化明显的渭河作为研究背景，进行河床渗透系数试验测试及其变化规律与机理研究。通过对河床沉积物渗透系数在不同河段、不同时段同点现场试验测试与分析，以及对影响河床渗透性的相关因素的同步测量、观测与分析，并结合实验室内清水与河水渗透系数的试验对比分析以及相关研究，揭示渭河河床沉积物渗透系数时空变化规律，深入探讨淤塞-反淤塞作用以及水化学作用对渗透系数变化的内在驱动机制,试图解析典型物理化学作用对河床渗透系数变化机理。本课题的研究，有利于深化人们对河床沉积物渗透性能及其变化机理的科学认识，将为影响河流与地下水相互作用的重要参数的合理性确定提供理论基础，同时也为人们控制河流对地下水污染、恢复和维护河流健康提供科学依据。

正确认识河床渗透性能变化规律及影响机理在维持河流-地下水相互作用以及全球水循环中起着十分重要的作用。本课题以河流与地下水水力联系较密切，水质相互影响显著的渭河作为研究背景，进行了河床渗透系数试验测试及其变化规律与响应机理研究。取得的主要成果有：（1）通过对河床沉积物渗透系数在不同河段、不同时段同点现场试验测试与计算，采用传统统计学方法和地统计学方法分析了渭河河床沉积物渗透系数空间变异性规律。（2）通过对影响河床渗透性的相关因素的同步测量、观测与分析，揭示了沉积物物理化学性状对渗透系数的影响效应，解释了其作用机理。结果表明：沉积物颗粒组成对渗透系数具较大的影响作用，渗透系数与其沉积物的含砂量，以及砂土/黏土均呈指数正相关，而与黏土率呈指数负相关。同时，沉积物的渗透系数与其有机质含量呈负相关性，随着沉积物中黏土含量增加，有机质含量对其垂向渗透系数作用趋于明显。此外，试验点位发现淤塞和反淤塞作用时期交错出现，会使河床渗透系数发生较大变化，在草滩点测得淤塞时的渗透系数比反淤塞时小2.86 m/d。（3）结合实验室不同溶液下渗透系数的模拟试验对比研究，揭示了水化学作用对河床渗透系数的影响效应。结果表明：同一沉积物在不同溶液下其渗透系数变化较大，碳酸盐缓冲液对沉积物渗透性能产生抑制作用，酸溶液能增强沉积物的渗透性能。（4）通过对渭河沉积物中无脊椎生物的调查、样品采集与实验室内模拟研究，解析了生物扰动作用对沉积物渗透性的影响效应及作用机理。结果表明：不同研究点沉积物中底栖生物密度和渗透系数均差别较大，但是生物密度和渗透系数呈显著相关性，其两者之间皮尔森相关系数r = 0.987。颤蚓生物扰动作用能够影响沉积物的渗透性能，当颤蚓密度小于一定量值时，颤蚓生物扰动对沉积物渗透性有加强作用；而颤蚓密度大于一定量值后，颤蚓生物扰动对沉积物渗透性有减弱作用，这一量值范围在2.0 ind.•cm-2和2.5 ind.•cm-2之间。