[发明专利]一种浅水湖泊水体悬浮物沉降速度量化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种浅水湖泊水体悬浮物沉降速度量化方法研究，属于水环境技术领域。

背景技术

水体富营养化已成为全球关注焦点，关于水体富营养化研究以覆盖各个领域。水体中悬浮物在沉降过程中，通过吸附、絮凝等作用与水体中的营养盐、其他颗粒和微生物结合在一起。因此，水体中悬浮物的沉降对水生生态系统中有机物的迁移、转化以及与其相伴随的营养盐循环再生具有重要意义。水体悬浮物的沉降速度是水体有机物迁移转化的重要指标，然而实际应用中，悬浮物的沉降速度不容易测量，只有通过探求其与悬浮物的浓度、粒度等物理指标的关系来得到。本发明以太湖水体为研究对象，探究其悬浮物沉降速度与悬浮物浓度关系问题。太湖水深较浅，且位于多风地区，四季风速均较大，受到湖流和波浪的影响，水体和沉积物界面时常处于不稳定状态，沉积物易受扰动而发生再悬浮，导致大量营养物质再次进入水体，由此引起水体富营养化。本发明研究了悬浮物沉降速度与悬浮物的浓度、粒度、质量、尺寸等各种因素的关系对水体透明度的影响，利用Stokes公式和重复深度吸管法探求悬浮物浓度和粒度与沉降速度及水体透明度的关系。发明结果将促进水体富营养化判别方法研究。

 发明内容

本发明为一种浅水湖泊水体悬浮物沉降速度量化方法，其特征是根据不同沉降时间在沉降筒上、中、下处SS浓度的值，利用重复深度吸管法，对悬浮物的沉降速度进行了计算，采用水深加权的方法对每取样时刻沉降筒内的平均浓度进行了计算，采用浓度加权的方法求取3个取样口的平均沉速，将两者进行曲线拟合，构建了水体悬浮物平均沉降速度和悬浮物平均浓度的曲线关系图，由图即可由水体悬浮物浓度查得水体悬浮物沉降速度。得出了悬浮物平均沉降速度和悬浮物平均浓度关系式：

式中，为平均沉降速度（cm/s），C为悬浮物浓度（mg/L）；其进一步特征是，水体平均沉降速度计算方法为：

水体平均浓度计算方法为：

式中，为沉降筒内水深加权平均浓度(mg/L)，C₁、C₂、C₃分别为沉降筒上、中、下取样口处SS的浓度(mg/L)，h₁、h₂、h₃分别为沉降筒上、中、下取样口离沉降筒上端筒口的距离(cm)；为沉降筒内浓度加权平均沉降速度(cm/s)，w₁、w₂、w₃分别为沉降筒上、中、下取样口高度处平均沉降速度(cm/s)。

曲线及关系式得出以水体中悬浮物为切入点，对水体悬浮物沉降与再悬浮进行了一些列实验与分析。通过对悬浮物浓度与沉降速度、沉降速度与沉降时间、悬浮物粒度与沉降速度、悬浮物粒度与沉降时间、悬浮物组成与沉降时间以及沉降通量与沉降时间的关系及相应的变化规律的分析，得出某一悬浮物浓度所对应的平均沉降速度。最后采用水深加权和浓度加权的方法分别计算了不同取样时刻沉降的平均浓度和平均沉降速度，再将两者进行曲线拟合，寻求平均沉降速度和平均浓度之间的关系，由此得到了拟合曲线及关系式。这条曲线对于水体透明度的研究有着重要意义，不需再进行繁重的实验与分析便可直接得出结论。

 附图说明

附图  悬浮物平均沉降速度与悬浮物浓度的关系曲线

具体实施方式

实验装置：有机玻璃圆筒，内径19cm，外径20cm，截面积283.5287 cm² 高度为54cm。在筒壁上从上至下设置3个取样口，上层取样口距离沉降筒顶端为14cm，上中层高度差为20cm，中下层高度差为16cm，下层取样口距离筒底4cm。以太湖水体为对象，根据不同沉降时间在沉降筒上、中、下处SS浓度的值，利用重复深度吸管法，对悬浮物的沉降速度进行了计算，采用水深加权的方法对每取样时刻沉降筒内的平均浓度进行了计算，采用浓度加权的方法求取3个取样口的平均沉速，将两者进行曲线拟合，构建了水体悬浮物平均沉降速度和悬浮物平均浓度的曲线关系图，由图即可由水体悬浮物浓度查得水体悬浮物沉降速度。得出了悬浮物平均沉降速度和悬浮物平均浓度关系式：