潮汐水流中细颗粒泥沙絮凝沉降的初步探讨

通常采用泥沙的静水沉速,以计算水流的挟沙能力,在理论上是不合适的.影响泥沙沉降的因素,在紊流中是水流的紊动扩散等,而静水中仅有布朗运动.此外,根据潮汐水流的原状水样试验及实测资料分析结果,都表明动水中泥沙的絮凝沉速较静水的絮凝沉速约大十余倍. 阿尔卡门等人认为细颗粒的紊动扩散与脉动流速平方的平均值及粒径的关系较大,就提出了紊动扩散系数公式(7).我们对该式的比例常数K_s进行尺度分析,并对天然河道的含沙量分布不均匀性提出了修正系数.最后求得泥沙絮凝前后粒数比的近似计算式(20),然后利用美国萨凡娜港湾和长江口的全潮观测资料,进行分析计算,计算结果与实测数据比较符合.此外,我们分析河道紊动强度与人工紊动试验流速梯度G之间关系,以验算实测资料,表明絮团尚未到达破裂程度.     

細顆粒泥沙在靜水中的沉降运动

在靜水中的泥沙沉速,是研究泥沙运动規律时的一个重要指标.本文首先从泥沙的靜水沉降和水流中起动的一般規律出发,給出了細顆粒泥沙界說的分析过程和結論,并討論了在分散体系和集成体系中有关細顆粒泥沙組靜水沉速的計量标准.其次从絮擬作用对于細顆粒泥沙靜水沉降的影响出发,分析并解释了細顆粒泥沙在靜水中沉降的一般性規律.最后給出了在各种情况下計算細顆粒泥沙靜水沉速的建議公式.     

粘性细颗粒泥沙絮凝研究概述

以絮凝动力学理论(Smoluchowski方程)、胶体稳定性理论(DLVO理论)和分形几何(Fractal Geometry)在絮凝研究中的应用为线索，回顾了粘性细颗粒泥沙絮凝结构，絮团沉速，以及影响絮凝因素(泥沙粒径、浓度、电解质阳离子、温度和水流紊动等)等方面的研究成果；综述了絮团的尺寸、密度、沉速、破坏强度及碰撞频率函数的分形几何描述方式；介绍了快速絮凝和慢速絮凝的分形生长模型，以及絮凝发育过程数值模拟的研究进展．针对河流泥沙在矿物组成、颗粒尺度、表面电荷分布和水中盐分多样性的特点，以及粘性细颗粒泥沙絮凝研究的特殊性，提出进一步深化粘性细颗粒泥沙絮凝研究的建议．     

刚性植物条件下静水中粗颗粒泥沙沉速研究

为了探求水生植物对泥沙沉速的影响,本文在总结泥沙颗粒在水体中沉降的影响因素及阻力系数规律的基础上,在静水中设置不同直径、不同排列密度的不锈钢圆柱细杆模拟水体中不带分叉的刚性植物,分别测定粒径为0.1cm~0.45cm的沙粒沉速,并与没有植物条件下的沉速进行对比。研究结果发现,在试验粒径范围内,含植物水体中泥沙沉速随泥沙粒径、植物密度增大而减小,通过修正阻力系数,推导出考虑植物杆径及植物密度排列的泥沙沉速公式。     

钉螺动水沉降速度研究

水流输送钉螺同水流输送泥沙一样,是一种复杂的力学过程。本文分析了钉螺在流水中沉降运动的主要作用力及其平衡条件。在水流紊动强度不太大（Ｒｅ＜４×１０￣４）的情况下,可略去竖向脉动分速的影响,钉螺在流水中以等速直线运动形式下沉,据此导得钉螺动水沉速的理论公式。通过水槽试验,对公式进行了检验,并确定其中的主要参数──动水沉降阻力系数。     

结合粒径分布测量的悬移质泥沙沉降速度试验探究

泥沙沉降速度的确定对于水体中泥沙输运与时空分布规律的研究至关重要。笔者理论分析了均匀泥沙颗粒在水中沉降初期的非匀速沉降过程。在现有泥沙沉降试验的基础上,开展了泥沙颗粒级配测量的工作,提出了一种可将泥沙沉速与粒径建立起对应关系的改进试验方法,该方法考虑了不同组分泥沙共存条件下作用对沉速的影响,将0.01～0.06 mm粒径尺度的悬移质泥沙在水中的沉速与粒径建立起较好的指数型函数(ω=0.0105e^0.1031D)关系,相比理论计算值和传统试验方法更加精确。笔者的研究成果对于天然河流中拆坝后河道演变、泥沙沉降过程等方面的研究工作具有重要的理论价值和工程意义。     

挟沙紊流经沙下沉运动研究

本工作初步建立了挟沙紊流的连续介质力学模型，首次导得了紊流环境中少阻力，速度的公式。据该式计算得紊动所能减少的悬移质沉速，解释了公凭紊动不可能实现泥沙远程输运的原因。提出了水流输沙的分段中悬模式。     

钉螺静水和动水沉降试验研究

推导了钉螺静水沉速，动水沉速和动水深降距离公式，这些公式是以螺龄为基本参数进行计算的，并通过试验了各项系数，分析了钉螺静水沉降和动水沉降的基本规律。     

球体在静水中的沉降规律及其在天然泥沙中的运用

本文分析了球体在静水中沉降时,阻力系数随雷诺数变化的规律,从而提出了球体在静水中的沉速公式。文章的第五部分分析了天然泥沙形状对沉速的影响,并建立了形状系数对阻力系数影响的关系式,在球体沉速公式的基础上,得出了天然泥沙的沉速公式。     

利用相间滑移考虑固相泥沙沉降效应

现有含沙水流数学模型中通过泥沙沉降速度计入的重力沉降项包含有一定的误差，甚至直接采用静水中泥沙沉降速度代替动水中沉速，这样的近似处理没有真实反映泥沙颗粒与主相水之间“滑移”的时空变化特性。本文基于两相流和泥沙运动力学理论，利用相间滑移考虑固相泥沙的重力沉降效应。     

泥沙颗粒生长生物膜后沉降的实验研究(Ⅱ)——沉降速度计算

泥沙生长生物膜后相应的物理特性将会发生改变，本文主要探讨泥沙颗粒在微生物生命活动的影响下沉降特性的改变情况。通过将官厅水库的泥沙分为六组，使用天然水和营养液的混合液对泥沙进行培养，用来模拟富营养水体中泥沙颗粒特性的发展变化情况。对于生长生物膜后的絮体颗粒在各个不同培养时间的沉降运动，实验采用先进的图像采集观测系统进行拍摄采样，并利用图像分析测量颗粒大小和沉速的变化，推导了生长生物膜后的颗粒沉速计算公式。研究表明生物膜极大的改变了颗粒的表面特性，使得颗粒下沉阻力增大，与同等大小无生物膜粘连的泥沙颗粒相比沉速明显减小。     

细颗粒塑料沙的群体沉速及起动流速试验研究

本文研究了细颗粒塑料沙的群体沉速及起动流速，认为塑料沙有可能保证各粒径级的沉降和起动与天然悬移质泥沙相似。     

挟沙水流泥沙浓度分布的试验研究

通过挟沙水流泥沙浓度分布的试验，研究泥沙浓度和紊动强度沿垂线的分布之间的内在联系，试验结果表明泥沙浓度和紊动强度沿垂线的分布一致性较好，建立了泥沙浓度和紊动强度沿垂线分布之间的关系式。分析了关系式中泥沙浓度、泥沙的中值粒径对系数K的影响，中值粒径的影响较泥沙浓度对系数K的影响大，系数K随中值粒径的减小明显减小。并在此基础上进一步建立了泥沙浓度与流速、流速梯度之间的关系式。     

高含沙浑水在絮凝剂作用下的絮凝沉降试验研究

电厂净化站排出的泥水加入高分子聚丙烯酰胺(PAM)絮凝剂后,改变了泥沙颗粒的自然沉速。通过试验找到净化站排向沉淀浓缩池的浑水含沙量、加药量、加药泥沙沉淀的时间及絮凝沉速之间的关系,从而为净化站的泥沙沉淀浓缩池运行提供最优的排泥方案。泥沙混凝静沉试验研究结果表明:不同含沙量的泥沙沉速并不是与加药量成正比,而是存在一个使泥沙沉降最快的最佳加药量;这一最佳加药量随着泥水含沙量的增加而增加;并且每增加单位含沙量所对应的加药量相对有所减少。模型中的高含沙浑水动沉絮凝沉降试验结果表明,其最佳加药量与室内絮凝静沉试验的加药量相一致。     

单颗粒泥沙沉速公式的对比研究

结合大量的相关研究成果,简要总结了国内外泥沙沉速的研究现状,就单颗粒泥沙在静止水体中的沉降情况对各家泥沙沉速公式进行了分类,并进行了对比分析.结果表明,单颗粒泥沙的沉降特性已基本明确,其中Raudkivi、Cheng和Wu泥沙沉速公式的计算准确程度较高.     

泥沙群体颗粒平均粒径及平均沉速计算方法的修正

对泥沙群体颗粒的平均粒径、平均沉速的原计算方法进行了分析研究，指出了原计算方法存在的问题和不足。从平均粒径、平均沉速的计算原理和数学的角度以及泥沙粒度分布的实际情况，对现行的计算方法进行了修改，并提出了新的泥沙群体颗粒的平均粒径、平均沉速的计算公式；某些修改建议已在长江水利委员会的泥沙颗粒分析工作中得到推广应用。     

泥沙文献目录

泥沙性质蔡树棠著,泥沙在动水中的沉淀运动(一)圆球在流体中运动时所受的阻力,物理学报,13卷5期,1957.9.蔡树棠著,泥沙在动水中的沉淀运动(二)泥沙在层流中的沉淀运动,物理学报,13卷5期,1957.9.蔡树棠著,泥沙在静水中的沉淀运动(一)含沙浓度对沉速的影响,物理学报,12卷5期,1956.9.     

粗沙高含沙浑水的沉降特性及粗泥沙的群体沉速

由粗沙高含沙浑水的静水沉降试验资料，分析得出只有在含沙量接近极限含沙量时，垂线含沙量及级配分布才会均匀稳定，并与前人在水槽形成层移质的体积比含沙量Ｓｖ＝０．４５一致；含沙量小于极限含沙量时，垂线含沙量及级配分布都有梯度。通过分析论证，发现若用浑水的容重、粘性代替清水的容重、粘性，则沙玉清介流区单个球体沉速公式可用以计算粗颗粒泥沙的分组群体沉速。     

浑水水库排沙数学模型的研究

本文根据浑水水库排沙时库内清、浑水位的变化，建立了浑水水库排沙的基本方程．研究了浑水水库排沙数学模型．从水库实测排沙资料研究了浑水水库清、浑水交界面动水沉速，并对模型进行了验证。     

泥沙对水流紊动影响的进一步分析

泥沙颗粒对水流紊动的影响是水－沙两相流运动的重要问题之一。本文针对这一问题，从水流紊动的起因出发，分析了泥沙影响水流紊动的基本途径和方式，结合实验资料，主要对含沙量和泥沙粒径影响水流紊动强度的机理进行了探讨。从不出现尾涡脱落的至少能响应一部分大尺度涡的基本条件出发，得到了泥沙颗粒抑制或增强紊动的判别条件，并得出结论：因含有沙粒、水流紊动存在着被削弱、增强、或局部削弱、局部增强３种情况，表面在不同的