【摘要】：河流潛流帶垂向滲透系數(shù)與水交換是分析河流-含水層相互作用,污染物遷移與轉換及河流生態(tài)系統(tǒng)的重要參數(shù)之一。開展河流潛流帶滲透系數(shù)及水交換與裸露沉積物滲透系數(shù)及各向異性研究,分析其對相關水文特征和河貌地貌類型的響應機理及其相互作用關系,不僅為河流健康預警及該流域的水資源管理提供了科學依據(jù),而且為解決我國北方其他河流地表水與地下水相關問題提供理論參考。本文選擇北洛河具有三種不同河貌類型(彎曲河道、直河道、分叉型河道)的四個研究點為研究對象,采用原位與非原位水頭下降豎管滲透試驗法對河床沉積物垂向滲透系數(shù)(Kv),垂直水力梯度(VHG)與河岸裸露沉積物水平滲透系數(shù)(Kh),各向異性(Kv/Kh)進行了測試與分析,再利用水力梯度法計算垂向滲流量(Vertical Flux),并通過經(jīng)驗公式根據(jù)原位沉積物粒度曲線計算沉積物的滲透系數(shù)(Kg),結果表明：(1)在彎曲河道,垂向滲透系數(shù)在侵蝕岸值較大,而沉積岸值較小；在直河道,河道中間比兩岸的垂向滲透系數(shù)值都大;在分叉型河道,沖蝕能力較大,垂向滲透系數(shù)較大。同時,河床平均粒徑的大小在河道兩岸及中間都有明顯差異,河流侵蝕與沉積的過程是引起河床沉積物粒徑大小分異的重要因素,從而對垂向滲透系數(shù)大小的差異起到了顯著的影響作用。(2)河床上層沉積物(0-30cm)Kv值在河道中間及趨向侵蝕岸的區(qū)域較大。但中下兩層沉積物(30-45cm; 45-60cm)Kv的空間變化特征較上層有明顯差異,且下層具有最大的變異系數(shù)。同時,從上層到下層,Kv隨深度有減小趨勢。(3)Kv在時間變化上,相似性檢驗表明冬夏兩季Kv值在統(tǒng)計學上具有顯著差異,冬夏兩季Kv具有相似的空間變化特征,但冬季的Kv值的變異性、平均值、中位數(shù)都小于夏季試驗的結果。(4)河岸裸露沉積物的Kv值小于河床沉積物的Kv值。沉積物水平滲透系數(shù)(Kh)在兩岸具有明顯空間變化特征：在侵蝕岸,Kh隨距河水水面高程增高而變大；在沉積岸,Kh隨距河水水面高程增高而變小。Kh與各向異性(Kv/Kh)較大的值出現(xiàn)在沉積岸,且沉積岸的Kh與各向異性都具有較大的變異性。(5)運用Sauerbrei與Slichter經(jīng)驗公式計算Kg的值都大于原位實測的Kv值。沉積物Kg的值隨深度從上層,中層再到下層,變化范圍與值都隨之變小。(6)河床沉積物垂向水力梯度(VHG)在方向上具有較強的變異性,由于河床微地形的影響,在河床階梯形態(tài)處水交換方式為上升流,在河床深槽形態(tài)處轉換為下降流,出深槽后進入階梯形態(tài)又轉變?yōu)樯仙�。本研究�?水交換的方向及大小都影響了Kv隨深度的變化與空間異質性：水力梯度(VHG)在值上與Kv呈相反的趨勢；在方向上,上升流對應的Kv值通常較大。(7)水力梯度法計算滲流量(Vertical Flux)在垂直于水流方向具有明顯空間變化特征,較大的滲流量的值出現(xiàn)在河道中間及向侵蝕岸過渡的Kv較大區(qū)域。沉積物80 cm處的溫度及溫度梯度空間分布特征與滲流量相似,進一步印證了由水力梯度法計算滲流量的空間分布特征。
【圖文】：

種如彎曲河道、直河道、分叉型河道、點砂蝴、河屯、洲、切岸、淺灘－階梯－深槽等特定逡逑的河貌地貌類型。本試驗共分兩次進行：２０１４年６月，在四個研究點蘭種不同的河貌類逡逑型（彎曲河道、直河道、分叉型河道）分別進行垂向滲透系數(shù)原位測試（見圖２）；邋２０１５逡逑年１月，在分叉型河道的河床沉積物垂向滲透系數(shù)進行原位測試及裸露河岸沉積物水平逡逑與垂向滲透系數(shù)進行非原位測試。逡逑／逡逑＇墻／仍逡逑＼分義型河逍邐陜賄＼逡逑心－逡逑足戶今？或┯姆懾澹苠義希埽澹懼義賢跡瞲O巧區(qū)域及研巧點分布示意圖逡逑２．２測試與分析方法逡逑２．２．１河床沉積物垂向滲透系數(shù)原位測試法逡逑本研究采用豎管水頭下降法測量進行滲透系數(shù)原位測試，該方法不僅簡單實用、方逡逑便快捷、費用低（ＫａｌｂｕｓｅｔａＬ，邋２００８；ＷｕｅｔａＬ，邋２０１５ａ），而且還可Ｗ采集原位試驗的沉積逡逑物（Ｓｏｎｇ邋ｅｔ邋ａＵ邋２０１０ａ；邋Ｃｈｅｎ＾邋２０１１）。目前該方法已被國內外大量運用（Ｃｈｅｎ＾邋２００５；逡逑ＧｅｎｅｒｅｕｘｅｔａＬ，２００８；邋Ｓｏｎｇ邋ｅｔａｌ．，２００９；邋Ｄｏｎｇ邋ｅｔ邋ａＬ，２０１２；邋Ｍｉｎ邋ｅｔａＬ，２０１３）。具體過程如下：逡逑在選定的測試點位，將一根長１６０邋ｃｍ，內徑５．４邋ｃｍ，壁厚３邋ｍｍ的透明有機玻璃管（ＰＶＣ）逡逑９逡逑

采用豎管水頭下降法對河岸裸露沉積物進行非原位水平滲透系數(shù)及垂向滲透系數(shù)逡逑測定（Ｃｈｅｎ邋ｅｔａＬ，２０１４）。具體過程如下：首先將選取點位表面的松散的沉積物刮去，，采逡逑用ＰＶＣ管由水平方向及垂直方向打入河岸裸露沉積物３５邋ｃｍ左右后（見圖５ａ），管口先逡逑用一個橡皮軟蓋將管子上端開口密封住，阻斷管內空氣與大氣的接觸，然后將管子平穩(wěn)逡逑緩慢地從河岸沉積物中拔出并盡量不能破壞沉積物的層理與結構。拔出后的ＰＶＣ管下逡逑段管曰用數(shù)層細紗網(wǎng)裹住，使取出的沉積物細顆粒不能漏掉。進行滲透系數(shù)試驗前，將逡逑每個裝有沉積物的ＰＶＣ管放入水桶中進行飽和（見圖５的，具體飽和過程見ＣｈｅｎｇｅｔａＬ逡逑口０１３）。飽和過程結束后，用鐵架臺垂直固定�。校郑霉埽ㄒ妶D５ｃ），運用類似上述河床逡逑沉積物滲透系數(shù)測試方法進行測定（ＣｈｅＡ邋２００４）。逡逑—＼邋（ａ）逡逑＇逡逑第云曼＼逡逑弦－－－－－－—＼邐－－－邋－邋－－－邐！ｉ逡逑Ｖ邐、逡逑第二層邐邐—
【學位授予單位】：西北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P641;P333;P931.1

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