張效龍，朱鳴鶴，鄭西來(lái)

(1. 大連海事大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 大連 116026；2. 國(guó)家海洋局第一海洋研究所，山東 青島 266061；3. 寧波大學(xué)，浙江 寧波 315211；4. 中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266000)

環(huán)境因素影響下海灣蓄淡水庫(kù)底泥鹽分釋放試驗(yàn)研究

張效龍1,2，朱鳴鶴3，鄭西來(lái)4

(1. 大連海事大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 大連 116026；2. 國(guó)家海洋局第一海洋研究所，山東 青島 266061；3. 寧波大學(xué)，浙江 寧波 315211；4. 中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266000)

在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的基礎(chǔ)上，利用沐官島海灣水庫(kù)庫(kù)區(qū)典型底質(zhì)（砂質(zhì)粉砂）的原狀/擾動(dòng)土樣和地表水（海水和淡水），采用土柱和水槽試驗(yàn)測(cè)定了3.5 m/s風(fēng)速或上覆水鹽分濃度、pH和溫度作用下底泥鹽分向上覆水體釋放的時(shí)－空變化規(guī)律，并定量計(jì)算出底泥鹽分的釋放通量。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，底泥的鹽分釋放不同程度地受到環(huán)境因素的影響。（1）風(fēng)的作用能促進(jìn)底泥鹽分釋放。在風(fēng)的作用下，上覆水中鹽分濃度的分布存在明顯的規(guī)律性：表層水體（水土界面之上4 cm水位至水體表面）鹽分濃度均勻分布，底層水體（水土界面至4 cm水位水體）鹽分濃度非均勻分布，且在3 cm水位處鹽分濃度最小。（2）上覆水中鹽分的濃度抑制底泥鹽分的釋放。（3）pH值≤7時(shí)，底泥鹽分釋放幾乎不受影響；pH值＞7時(shí)，底泥鹽分釋放略有增加；（4）一定溫度作用下鹽分濃度在水體中非線性分布，在水-土界面至7.5 cm水位處為高鹽分濃度區(qū)，7.5 cm水位至水體水面鹽分濃度含量較低。溫度的升高促進(jìn)底泥鹽分釋放。

海灣水庫(kù)；底泥；鹽分釋放；濃度；風(fēng)；pH；溫度

隨著沿海經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源日趨匱乏，海灣水庫(kù)的興建已成為我國(guó)沿海地區(qū)解決水資源問(wèn)題的重要途徑之一。在海灣水庫(kù)的建設(shè)中，庫(kù)底底泥中鹽分的釋放是一個(gè)非常值得關(guān)注的問(wèn)題。已有研究證明，底泥鹽分釋放會(huì)影響水庫(kù)的水質(zhì)[1,2]。影響底泥鹽分釋放的因素很多，其中備受關(guān)注的是環(huán)境因素的影響。趙文玉等的研究已證明，自然風(fēng)和溫度等環(huán)境因素對(duì)底泥鹽分釋放的影響較為顯著[3]。但對(duì)于其它環(huán)境因素的影響及影響下底泥鹽分釋放的規(guī)律，研究的仍較少，而環(huán)境因素對(duì)底泥磷釋放影響的研究卻很多[4-9]。盡管底泥磷釋放與鹽分釋放在釋放機(jī)理上存在一定差異，但其研究思想和試驗(yàn)方法可供參考和借鑒。本文擬以沐官道海灣水庫(kù)為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集樣品，室內(nèi)試驗(yàn)的方法，對(duì)風(fēng)、上覆水鹽分濃度、pH和溫度等環(huán)境因素對(duì)底泥的鹽分釋放規(guī)律進(jìn)行研究。目的是為該海灣水庫(kù)高含鹽底泥鹽分置換研究及海灣水庫(kù)水質(zhì)的評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)提供科學(xué)依據(jù)。

官島海灣水庫(kù)是為解決青島市淡水資源缺乏，而即將興建的海灣水庫(kù)。該水庫(kù)面積約25 km2，平均水深約7.5 m，屬寬淺型水庫(kù)。匯入沐官島水庫(kù)的河流主要為白馬河、吉利河和橫河。經(jīng)詳細(xì)的地質(zhì)勘察，該水庫(kù)庫(kù)區(qū)沉積物厚度超過(guò)10 m，底泥沉積物類型主要為粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粉砂和中細(xì)砂（圖1）。沉積物底泥孔隙水中鹽度高達(dá)14 ～ 32。

圖1 水庫(kù)庫(kù)區(qū)底部表層底泥類型分布Fig. 1 Distribution of surface sediment at the reservoir bottom

1 試驗(yàn)裝置與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

（1）風(fēng)影響試驗(yàn)裝置：為一個(gè)大小200 cm × 50 cm × 80 cm的PVC槽（圖2），試驗(yàn)中以風(fēng)扇作為風(fēng)源模擬自然風(fēng)，模擬風(fēng)速取沐官島地區(qū)的多年平均風(fēng)速（3.5 m/s）。底部?jī)?nèi)鋪23.6 cm的底泥。

（2）上覆水鹽分濃度、pH、溫度影響試驗(yàn)裝置：為一個(gè)高 30 cm、直徑 20 cm的有機(jī)玻璃圓筒（圖3），圓筒密封蓋上面留一個(gè)監(jiān)測(cè)孔，玻璃圓筒底部?jī)?nèi)鋪 10 cm的沉積物底泥。有機(jī)玻璃圓筒外為直徑30 cm、高30 cm的恒溫水浴。此外，還有一個(gè)溫度計(jì)。

圖2 風(fēng)影響試驗(yàn)的裝置Fig. 2 Equipments for the affected test by wind

圖3 濃度、pH及溫度影響試驗(yàn)的裝置Fig. 3 Equipments for the affected test by concentration, pH and temperature

（3）實(shí)驗(yàn)材料：上覆水采用沐官島水庫(kù)主要匯水水源白馬河河水，其鹽分濃度含量為0.292 g·L-1，對(duì)底泥鹽度做飽和處理的海水為沐官島海灣水庫(kù)附近海域的海水，海水與上覆水成分見(jiàn)表1。試驗(yàn)土樣選用取自沐官島水庫(kù)的典型砂質(zhì)粉砂(部分試驗(yàn)還采用了中細(xì)砂)，其鹽度與海水一致。

表1 試驗(yàn)用上覆水（淡水）與海水的主要離子組成(×10-3g·L-1)Tab. 1 Major ions in the freshwater and seawater used in the experiment (×10-3g·L-1)

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 鹽分釋放通量的計(jì)算 試驗(yàn)時(shí)采用 DDS-11A型電導(dǎo)率儀測(cè)定不同水層的電導(dǎo)率，通過(guò)鹽分濃度含量－電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)曲線（如圖4）確定上覆水體中鹽分濃度含量。將上覆水體各層某試驗(yàn)時(shí)刻的鹽分濃度含量減去其釋放試驗(yàn)初始時(shí)刻的含量求得底泥釋放鹽分濃度含量，再將各分層釋放鹽分濃度含量相加求得底泥的鹽分釋放通量。底泥鹽分釋放通量(flux)計(jì)算公式為：

式中：ci為試驗(yàn)第i層水體中的鹽分濃度 (g·L-1)；vi為計(jì)算時(shí)刻第i層水體的體積(L)；c0為水體初始時(shí)刻的鹽分濃度(g·L-1)；v0為水體總體積 (L)；n為水體的層數(shù)；tj為試驗(yàn)的第 j個(gè)時(shí)刻 (h)；t0為試驗(yàn)的初始時(shí)刻 (h)；A為水-沉積物接觸面積 (m2)。

圖4 低濃度(a)和高濃度(b)鹽分濃度含量-電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig. 4 Relation between salt concentration and electrical conductivity of low (a) and high (b) concentration

1.2.2 風(fēng)影響試驗(yàn) 將試驗(yàn)底泥樣品裝入PVC槽中，厚度為23.6 cm，加入海水飽和，使試驗(yàn)底泥的容重和孔隙水中的鹽分含量與現(xiàn)場(chǎng)條件一致。然后抽出多余的海水，緩慢加入上覆水，水深為43 cm，加水時(shí)間為360 min。然后在試驗(yàn)裝置的中心斷面，利用DDS-11A型電導(dǎo)儀，采用隨時(shí)間先密后疏的方法連續(xù)監(jiān)測(cè)水體中0.0 cm，1.0 cm， 2.0 cm，3.0 cm，4.0 cm，5.0 cm，6.0 cm，7.0 cm，8.0 cm，9.0 cm，10.0 cm，12.0 cm，15.0 cm，20.0 cm，30.0 cm和43.0 cm水位處的電導(dǎo)率，試驗(yàn)時(shí)間為480 h。試驗(yàn)期間，采用風(fēng)扇作為風(fēng)源模擬自然風(fēng)，風(fēng)源距模擬裝置約100 cm，距水面高約50 cm，模擬風(fēng)速為3.5 m/s。進(jìn)行該試驗(yàn)時(shí)室溫保持在15 ± 0.5 ℃。同時(shí)，進(jìn)行沒(méi)有模擬風(fēng)條件下的靜置試驗(yàn)，用于結(jié)果的對(duì)比分析。

1.2.3 上覆水鹽分濃度影響試驗(yàn) 將12組裝置（圖3）中鋪上厚度為10 cm的試驗(yàn)底泥，加入適量的海水進(jìn)行飽和，32 h后抽出裝置內(nèi)多余的海水。同時(shí)，利用食鹽和去離子水調(diào)配上覆水，使其鹽濃度分別為：0.313 g·L-1， 2.212 g·L-1，3.465 g·L-1，4.324 g·L-1，5.788 g·L-1，6.535 g·L-1，7.621 g·L-1，8.365 g·L-1，9.557 g·L-1，10.453 g·L-1，11.899 g·L-1和13.623 g·L-1。然后將調(diào)制好的上覆水分別緩慢注入試驗(yàn)裝置中，注水深度為20 cm，注水時(shí)間為25 min。監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別為0.0 cm，1.0 cm，2.0 cm，3.0 cm，4.0 cm，5.0 cm，6.0 cm，7.0 cm，8.0 cm，9.0 cm，10.0 cm，12.0 cm，15.0 cm，20.0 cm，監(jiān)測(cè)方法與風(fēng)影響試驗(yàn)相同，試驗(yàn)時(shí)間為480 h。1.2.4 pH及溫度影響試驗(yàn) 將原狀底泥樣品分別裝入圖3的4組裝置中，厚度為10 cm。采用濃度影響試驗(yàn)中底泥飽和的方法進(jìn)行底泥飽和。然后加上覆水，加水及試驗(yàn)監(jiān)測(cè)方法與鹽濃度影響試驗(yàn)相同，試驗(yàn)時(shí)間為480 h。

pH 值影響試驗(yàn)時(shí)因擬建沐官島水庫(kù)入蓄淡水的pH值為偏堿性，年平均值為7.2。為模擬水體pH值的極端影響，利用不影響水體初始鹽分濃度的Na2CO和H2SO調(diào)節(jié)水體起始 pH 值，使 pH值分別為5.4，7.2，8.4和11.4。

溫度影響試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)擬建海灣水庫(kù)氣溫特點(diǎn)，選用的試驗(yàn)溫度分別為5 ℃，15 ℃，25 ℃和35 ℃。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 風(fēng)作用下上覆水體中鹽分濃度分布規(guī)律

在風(fēng)的作用下，試驗(yàn)不同時(shí)段，上覆水中鹽分濃度在垂向上的分布如圖5(a)所示。從圖5中可以看出，在試驗(yàn)的不同時(shí)段間，上覆水體中鹽分濃度的分布均存在明顯的差異，且各時(shí)段水－土界面之上4.0 cm水位至上覆水體表面水體中鹽分濃度呈均勻分布；而4.0 cm水位至水－土界面間上覆水體中的鹽分濃度則隨離水－土界面距離加大，總體上含量呈快速遞減的分布趨勢(shì)，但在3.0 cm至4.0 cm水位鹽分濃度分布隨離水－土界面距離加大稍微遞增。就整個(gè)水體中鹽分濃度的分布規(guī)律看，3.0 cm水位附近鹽分濃度最低。采用沐官島海灣水庫(kù)另一種典型底質(zhì)類型——中細(xì)砂為試驗(yàn)底泥進(jìn)行了相同試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示的鹽分濃度在水體中的分布規(guī)律與砂質(zhì)粉砂的相似，且比砂質(zhì)粉砂試驗(yàn)的規(guī)律更明顯（如圖5(b)）。從圖5中還可以看出，隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的增加，上覆水中鹽分濃度不斷加大，鹽分的分布規(guī)律更明顯。

對(duì)于鹽分濃度在上覆水中的上述分布規(guī)律可作如下解釋：風(fēng)作用下，在水體表面波動(dòng)形成風(fēng)生流。受風(fēng)生流甚至是對(duì)流擴(kuò)散（乃至湍流擴(kuò)散）的影響，使上覆水體絕大部分處于完全混合狀態(tài)。因?qū)α鲾U(kuò)散系數(shù)比分子擴(kuò)散系數(shù)高約2 ～3個(gè)數(shù)量級(jí)[10,11]，風(fēng)作用下產(chǎn)生的擾動(dòng)使得沉積物釋放鹽分在上覆水體中擴(kuò)散的速度大大加快，結(jié)果導(dǎo)致4.0 cm水位至上覆水體表面間水體中的鹽濃度含量呈均一化分布。而水－土界面附近的水體，受底泥表面摩擦力的影響，風(fēng)生流的擾動(dòng)減弱，底泥鹽分釋放以分子擴(kuò)散為主，擴(kuò)散速度較慢，因而，在水－土界面至3.0 cm水位之間，上覆水體中鹽分濃度隨離水-土界面距離的加大呈快速遞減趨勢(shì)。至于3.0 cm ～ 4.0 cm水位之間上覆水體中鹽分濃度的分布趨勢(shì)，作者認(rèn)為是分子擴(kuò)散與對(duì)流擴(kuò)散共同作用的結(jié)果。

1.4.4 濕度指數(shù)(NDMI) 濕度指數(shù)NDMI對(duì)濕度、含水量信息非常敏感[8,16]，因?yàn)槎滩t外波段(相當(dāng)于MODIS的Ref6)受水吸收帶的影響，并且綠波段(相當(dāng)于MODIS的Ref4波段)對(duì)水體反射敏感強(qiáng)，選用MODIS的這兩個(gè)波段通過(guò)規(guī)格化處理的計(jì)算公式：

圖5 風(fēng)影響下鹽分濃度在水體中的分布（(a) 砂質(zhì)粉砂；(b) 中細(xì)砂）Fig. 5 Salt concentration distribution in the water under winds((a) clayey silt; (b) middle-thin sand)

2.2 風(fēng)對(duì)底泥鹽分釋放的影響

利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)和式(1)得出的試驗(yàn)不同時(shí)刻底泥鹽分的釋放通量變化曲線見(jiàn)圖 6。由圖 6可見(jiàn)，風(fēng)作用下底泥鹽分釋放通量隨時(shí)間增加逐漸減小。將無(wú)風(fēng)作用底泥鹽分釋放通量隨時(shí)間的變化結(jié)果也繪于圖6，可見(jiàn)其變化規(guī)律與風(fēng)作用下的類似。它們的鹽分釋放通量隨時(shí)間變化均呈負(fù)的冪指數(shù)關(guān)系，有風(fēng)作用和無(wú)風(fēng)作用的關(guān)系式分別為y = 2.272 2 x-0.2654, R2= 0.879 3和y = 2.238 18 x-0.5082, R2= 0. 936 7 。由式（1）推算，試驗(yàn) 5 d時(shí)，風(fēng)作用下底泥鹽分釋放通量為0.644 g·(m2·h)-1，無(wú)風(fēng)作用下底泥鹽分釋放通量為0.545 g·(m2·h)-1；試驗(yàn) 11 d 時(shí)，風(fēng)作用下底泥鹽分釋放通量為0.523 g·(m2·h)-1，無(wú)風(fēng)作用下底泥鹽分釋放通量為 0.427 g·(m2·h)-1；20 d（試驗(yàn)結(jié)束）時(shí)，風(fēng)作用下底泥鹽分釋放通量為0.447 g·(m2·h)-1，無(wú)風(fēng)作用下底泥鹽分釋放通量為0.355 g·(m2·h)-1。為分析風(fēng)作用對(duì)底泥鹽分釋放通量的影響程度，這里引入影響度的概念，即風(fēng)作用下底泥鹽分釋放通量與無(wú)風(fēng)作用下底泥鹽分釋放通量的差值占無(wú)風(fēng)作用下底泥鹽分釋放通量的百分?jǐn)?shù)。根據(jù)這個(gè)概念，試驗(yàn)5 d，11 d和20 d（試驗(yàn)結(jié)束）時(shí)風(fēng)的影響度分別為18.2%，22.5%和25.9%。由上述分析可見(jiàn)，風(fēng)的作用促進(jìn)底泥的鹽分釋放，且影響度隨風(fēng)時(shí)呈增大趨勢(shì)。

圖6 有風(fēng)和無(wú)風(fēng)作用下鹽分釋放通量隨時(shí)間變化曲線Fig. 6 Salt release flux of sediment change with time under winds and without winds

2.3 上覆水鹽分濃度對(duì)底泥鹽分釋放的影響

圖7為上覆水不同鹽分初始濃度條件下，底泥鹽分釋放的通量試驗(yàn)結(jié)果。由圖7可見(jiàn)，上覆水鹽分的初始濃度低，底泥鹽分釋放通量則大；上覆水鹽分的初始濃度高，底泥鹽分釋放通量則小。上覆水鹽分的初始濃度與底泥的鹽分釋放通量間為反比例線性關(guān)系，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為y = -0.011 6 x + 0.382 5,R2= 0. 970 4。由上述結(jié)論可知，上覆水鹽分的初始濃度阻礙底泥鹽分的釋放。該結(jié)論與上覆水磷的初始濃度對(duì)底泥磷釋放影響的結(jié)論相一致[5,6]。因在靜置條件下，底泥的鹽分釋放和磷釋放均以分子擴(kuò)散作用為主，其規(guī)律符合Fick第一定律。

2.4 pH值對(duì)底泥鹽分釋放的影響

上覆水pH值為5.4, 7.2, 8.6和11.4條件下底泥鹽分釋放的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果如圖8所示。由圖8可見(jiàn)，pH 值對(duì)底泥鹽分釋放的影響不明顯。在酸性水環(huán)境中，底泥的鹽分釋放量幾乎不受影響；在堿性水環(huán)境中，底泥鹽分釋放略有增加。其原因主要受鹽分的組成控制。庫(kù)區(qū)底泥釋放的鹽分主要為鈉鹽 (Na+)。此外，還有一定量的鎂鹽 (Mg2+)和鈣鹽 (Ca2+)（見(jiàn)表1）。根據(jù)Mg2+和Ca2+的化學(xué)特性，在堿性環(huán)境中，Mg2+和Ca2+會(huì)與水體中多余的HO-結(jié)合形成絮凝狀的Mg(HO)2和Ca(HO)2沉淀。這種化學(xué)反應(yīng)過(guò)程會(huì)促進(jìn)土體孔隙水中鎂鹽 (Mg2+) 和鈣鹽 (Ca2+) 向水體中擴(kuò)散，從而使得底泥鹽分釋放在堿性環(huán)境中出現(xiàn)增加的現(xiàn)象。但由于鎂鹽 (Mg2+) 和鈣鹽 (Ca2+) 含量在孔隙水中比中性的鈉鹽含量少許多（約為1/10左右）[12]。所以，盡管堿性環(huán)境有利于底泥中鎂鹽 (Mg2+) 和鈣鹽 (Ca2+) 的釋放，對(duì)底泥鹽分釋放的貢獻(xiàn)并不明顯。

圖7 上覆水中初始濃度與底泥鹽分釋放通量的關(guān)系Fig. 7 Relation between start concentration in the water and salt release flux of sediment

2.5 溫度對(duì)底泥鹽分釋放的影響

(1)上覆水體中鹽分濃度分布規(guī)律

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，不同溫度條件下底泥釋放鹽分濃度在水體中的分布特征如圖9所示。由圖9可知，不同溫度影響下，底泥釋放鹽分濃度在水體中隨水位呈非線性分布，且這種非線性分布有隨試驗(yàn)時(shí)間的增長(zhǎng)線性化變化的趨勢(shì)。從圖中還可以看出，底泥釋放鹽分濃度在水體中的分布具有明顯的區(qū)段性。高濃度區(qū)集中分布在水－土界面(0 cm) 至7.5 cm水位間的水體中，低濃度區(qū)集中分布在7.5 cm水位至水體表面 (20 cm) 水體中。從圖9中還可以看出，盡管隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加，底泥釋放至水體中的鹽分濃度均增加，但無(wú)論試驗(yàn)的任何時(shí)刻，水體中鹽分濃度含量總是與溫度正相關(guān)，即5 ℃條件下的濃度＜ 15 ℃條件下的濃度＜ 25 ℃條件下的濃度＜ 35 ℃條件下的濃度。

(2)鹽分釋放通量變化

利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)和式(1)，可確定不同溫度條件下各試驗(yàn)時(shí)段底泥鹽分釋放的通量。底泥鹽分釋放通量隨時(shí)間的變化如圖10所示。由圖10可知，一定溫度下底泥的鹽分釋放通量隨試驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸減小，且在試驗(yàn)初期減小快，在試驗(yàn)250 h后趨于穩(wěn)定。通過(guò)回歸分析，一定溫度下底泥鹽分釋放通量隨時(shí)間的變化關(guān)系屬負(fù)的冪指數(shù)形式，其統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)系式見(jiàn)圖10。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，5 ℃條件下底泥鹽分釋放通量為 0.211 g·(m2·h)-1；15 ℃條件下底泥鹽分釋放通量為 0.399 g·(m2·h)-1；25 ℃條件下底泥鹽分釋放通量為 0.495 g·(m2·h)-1；35 ℃條件下底泥鹽分的釋放通量為 0.522 g·(m2·h)-1，可見(jiàn)溫度越高底泥鹽釋放通量也越大，溫度的升高促進(jìn)底泥鹽分釋放。

圖8 不同pH值不同水位處水體鹽濃度隨時(shí)間的變化Fig. 8 Salinity changes of different water height with time under different pH values conditions

圖9 一定溫度下5天 (a)、10天 (b) 及20天 (c) 時(shí)水體中鹽分濃度分布曲線Fig. 9 Salinity content distribution in waters at 5 days (a), 10 days (b)and 20 days (c) under temperature

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸分析，溫度與鹽分釋放通量間的關(guān)系為對(duì)數(shù)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為0.9961，數(shù)學(xué)表達(dá)形式如下：

式中：Flux為底泥鹽分釋放通量（g·(m2·h)-1）；T為溫度（℃）；a和b為系數(shù)。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，a和b均不為常數(shù)，均為時(shí)間的函數(shù)，且與時(shí)間均呈乘冪函數(shù)關(guān)系。經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合分析，它們的擬合相關(guān)系數(shù)分別為0.980 6和0.978 8，它們的擬合方程分別為：

由式（5）可見(jiàn)溫度影響下的底泥鹽分釋放通量不僅與溫度有關(guān)，而且也是時(shí)間的函數(shù)，且與溫度呈正相關(guān)，與時(shí)間呈負(fù)相關(guān)。這說(shuō)明溫度越高，達(dá)到平衡狀態(tài)所需的時(shí)間就越短。

圖10 一定溫度 ((a) 5℃,(b) 15℃,(c) 25℃,(d) 35℃) 條件下底泥鹽分釋放通量隨時(shí)間的變化Fig. 10 Salt release flux of sediment change with time under temperature(a) 5℃, (b) 15℃, (c) 25℃, (d) 35℃

3 結(jié) 論

(1) 風(fēng)影響下，底泥鹽分釋放通量隨時(shí)間呈負(fù)的冪指數(shù)關(guān)系，且隨著時(shí)間的增長(zhǎng)風(fēng)的影響度有增大的趨勢(shì)。風(fēng)的作用促進(jìn)底泥鹽分釋放。

(2) 上覆水中初始鹽分濃度阻礙底泥鹽分釋放，且濃度越大底泥鹽分釋放通量越小。pH 對(duì)底泥鹽分釋放影響很小，僅在堿性環(huán)境條件下底泥鹽分釋放略有增加。

(3) 一定溫度影響下，底泥的鹽分釋放通量隨溫度的升高而增加，溫度的升高促進(jìn)底泥鹽分釋放。通過(guò)回歸分析，確定底泥鹽分釋放通量隨溫度呈非線性變化關(guān)系，且與溫度正相關(guān)，與時(shí)間負(fù)相關(guān)。

(4) 環(huán)境因素影響下，鹽分在水體中的時(shí)－空分布規(guī)律表明，自然狀態(tài)下高鹽區(qū)集中在水庫(kù)底部，因而采用抽取庫(kù)底高鹽度水，可有效改善庫(kù)水水質(zhì)。

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Test investigation for salt release from sediments in a polder reservoir under effects of environmental factors

ZHANG Xiao-long1,2, ZHU Ming-he3, ZHENG Xi-lai4

（1. Environmental Science and Engineering College, Dalian Maritime University, Dalian 116026, China;2. First Institute of Oceanography, SOA, Qingdao 266061, China; 3. Ningbo University, Ningbo 315211, China;4. Institute of Environmental Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China）

Based on the field investigation, the typical sediments (sandy silt) undisturbed/disturbed and the land surface water (seawater and freshwater) are sampled in the Muguandao Reservoir area. The temporal-spatial variations are studied for the effects of wind and temperature on the salt release from the sediments by means of the sediment column and tank tests. And the salt fluxes from sediments are calculated. The results show that the salt release is affected in different extent by different factors. (1) The salt flux is increasing under the wind. Under the effect of wind, from the water surface to the 4cm high water level above the sediments, the distribution of salt concentration is homogeneous,while it is heterogeneous below the 4cm high water level. In addition, at the level of 3cm the salt concentration reaches its lowest point. (2) The release of salt in sediments is resisted by salt concentration of the overlying water. (3) When pH≤7, the release of salt in sediment is almost not affected by the pH value, however, when pH＞7, it increases a little.(4) Salinity distribution is non-linear in the water under the influence of temperature, i.e. high in the layer of 0.0～7.5 cm above the water-sediment boundary, and low in the layer from the water surface to the 7.5 cm above the boundary.The salt flux from the sediments is increasing with the temperature rising.

polder reservoir; sediments; salt release; salt concentration; wind; temperature

P736.4+1

A

1001-6932(2010)02-0135-08

2009-03-11；

2009-08-07

國(guó)家自然科學(xué)基金資助（40572142）；寧波市自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助（2006A610080號(hào)和2007A61005號(hào)）；寧波大學(xué)學(xué)科科研基金資助（XK200562號(hào)和XY0600062號(hào)）

張效龍，男，(1975－)，副研究員，河南博愛(ài)縣人，大連海事大學(xué)在讀博士，主要從事海洋工程環(huán)境及海底光纜路由勘察方面的工作和研究。電子郵箱：zhangxiaolong@fio.org.cn或zhangxiaolong2009@huawei.com