水体中沉积物处理研究

1 引言

沉积物作为水体环境中重要的组成部分，既是各种污染物的汇集地，也是对水体水质具

有潜在影响的次生污染源.沉积物是具有复杂结构的多孔介质(Dullien，1992)，其孔隙结构

具有非均质、不连续和复杂不规则的结构特点，孔隙体之间通过喉道相互连接，构成的空间

网络体系是物质迁移运输过程得以发生的前提条件，污染物在其中的宏观迁移和扩散过程受

微观的孔隙度、孔隙连通性和曲率等系统形态及其几何尺寸的影响(Brakel et al., 1974)，

在相同孔隙度的多孔介质中，曲率增大或孤立孔数量增加都会导致物质扩散系数和渗透系数

的减小，因此，要定量地研究沉积物孔隙结构对污染物运动过程的影响机制，必须揭示沉积

物的真实三维物理结构并对其进行准确描述.

近几十年来计算机图像处理技术与 X 射线断层摄影技术(Computed Tomography，CT)的

快速发展，为研究多孔介质孔隙结构提供了有力的工具(Elliot et al., 2007)，它是目前

最先进的无损检测手段，具有图像清晰直观、密度分辨率高、图像数字化等优点(高丽娜等，

2009).CT 最早的应用是在医学诊断领域，20 世纪 70 年代中后期 CT 技术在工业上得到发展，

并成功应用于土壤微观结构的研究中，随后迅速发展，在各个学科领域得到广泛的应

用.Yoshito Nakashima 根据 CT 扫描结果，编写 Mathematica 程序分析得到了多孔岩石孔隙

在三维空间上的连通性.温胜芳(2013)从沉积物采样制样方法上进行创新，克服了未成岩沉

积物含水量高、结构松散、易扰动等问题，并构建了一整套未成岩沉积物三维物理结构研究

方法，弥补了该领域研究方法的不足，为研究分析沉积物中微观孔隙结构提供了基础.

巢湖位于安徽省中部，是我国五大淡水湖之一，河流输入性和浅水特点导致巢湖沉积物

沉积环境复杂.由于流域内不同区域的水土流失、土地利用等有很大的差异，导致巢湖湖区

存在不同的沉积物组成和污染分区(温胜芳，2013)，这些特征为沉积物结构及其环境效应研

究提供了很好的差异性.因此，本文选择巢湖西、中、东 3 个湖区 6 个采样点的沉积物作为

研究对象，利用 CT 技术，计算分析各采样点表层沉积物孔隙结构参数特征及垂直变化特点，

揭示巢湖沉积物真实三维孔隙物理结构，以弥补模型构建方法对于认识沉积物真实孔隙结构

研究的不足.

2 材料与方法

2.1 研究区域概况

巢湖(31°25′~31°43′ N，117°16′~117°50′ E)位于安徽省中部，江淮丘陵之间，

湖岸线总长 184.7 km，东西长 61.7 km，南北宽 20.8 km，最大水深 3.77 m，平均水深 2.69

m，现有水域面积大约为 770 km2，蓄水量 20.7×108 m3(王苏民等，1998).流域总面积达

16659 km2，以巢湖与裕溪河之间的闸门分为两个部分(余秀娟，2012)，属亚热带与暖温带

过渡性的副热带季风气候区，气候温和湿润，年平均温度在 15~16 ℃之间，多年平均降水