絮凝对三峡水库泥沙沉降的影响

现场与室内实测的泥沙级配差异证实了三峡水库中存在泥沙絮凝现象,絮凝会加速水库泥沙淤积速率。为了确定絮凝对泥沙沉降速率的影响,现场采集了三峡水库原样泥沙,基于三峡水库水体环境,采用室内静水沉降试验对三峡水库中泥沙絮凝沉降规律进行了研究。研究结果表明,当试验采用的初始含沙量大于0.3 kg/m3时,部分单颗粒泥沙会聚集形成絮团,且泥沙絮凝程度以及沉速增加的幅度与水体中含沙量呈正比。参与絮团形成的单颗粒泥沙粒径均位于0.022 mm以下,小于临界粒径的泥沙占全沙的83%;采用絮凝因数和物质沉降通量因数分别表征絮凝对泥沙沉降的影响程度,这两种因数都随含沙量增加而增加,含沙量在1.5 kg/m3以下时其最大值分别为5.03和1.66,表明絮凝对三峡库区汛期的泥沙淤积有可能造成较大影响。     

水库泥沙絮凝机理研究

天然水体泥沙絮凝的作用力主要来源于颗粒表面的电荷作用,其絮凝的基本原理可以采用DLVO理论分析研究。以三峡水库中的水体环境因素为基础,通过DLVO理论量化了颗粒之间的作用能和作用力。通过对颗粒之间位能曲线上特征值与泥沙颗粒相对运动具有的动能之间的对比,得到了泥沙颗粒能够形成絮凝的水动力条件。对比三峡水库具体的水动力因素发现,坝前水深较大,当泥沙处于水体的中层时更容易产生絮凝;水库中泥沙的絮凝体均较为疏松,颗粒之间相互作用力较小,容易在水流中被剪切破坏。最后通过力的平衡关系得到了絮凝体的极限下沉速度,沉速等于絮凝体极限下沉速度的单颗粒泥沙粒径即为絮凝临界粒径,约为0.019 mm,小于临界粒径的单颗粒泥沙的沉速需要考虑絮凝因素而进行修正。     

三峡水库泥沙絮凝可能性分析

泥沙淤积是水库运行面临的难题,絮凝是影响泥沙淤积的主要因素之一,三峡水库絮凝研究对合理规划水库的运行调度方式具有重要意义。本文通过分析三峡水库庙河段至坝前汛期实测数据,包括泥沙粒径、水温、盐度和水流速度,结合已有泥沙絮凝影响因素的研究成果,利用模糊综合评判法分析了三峡水库泥沙絮凝的可能性并加以验证。计算结果显示指标均处在絮凝临界范围和有利于絮凝的范围内,模糊评价结果是三峡水库泥沙存在絮凝的可能性较大,实测数据验证了三峡水库庙河段至坝前汛期存在粒径较大的絮团,进一步证实了三峡水库存在泥沙絮凝现象。     

NaCl对细颗 粒泥沙静水絮凝沉降动力学模式的影响

细颗粒泥沙的絮凝沉降对泥沙输移、土壤渗透性以及污染物迁移有重要作用. 在泥沙初始浓度为5g/L、10g/L、20g/L时, 作者用吸管法研究了不同浓度NaCl对细颗粒泥沙静水絮凝沉降的影响, 认为细颗粒泥沙相对浓度随时间的变化符合双曲线型动力学模式, 泥沙絮凝沉降越快, 研究发现泥沙中值沉速(中值粒径)随泥沙初始浓度和NaCl浓度的增大而增大, 但泥沙初始浓度和NaCl浓度较高时渐超缓慢; 细颗粒泥沙絮凝度与分散粒径呈幂函数关系, 细颗粒泥沙絮凝临界粒径为0.0245mm.     

NaCl对细颗粒泥沙静水絮凝沉降动力学模式的影响

细颗粒泥沙的絮凝沉降对泥沙输移、土壤渗透性以及污染物迁移有重要作用。在泥沙初始浓度为5g/L、10g/L、20g/L时，作者用吸管法研究了不同浓度NaCl对细颗粒泥沙静水絮凝沉降的影响，认为细颗粒泥沙相对浓度随时间的变化符合双曲线型动力学模式，泥沙絮凝沉降越快，研究发现泥沙中值沉速（中值粒径）随泥沙初始浓度和NaCl浓度的增大而增大，但泥沙初始浓度和NaCl浓度较高时渐趋缓慢；细颗粒泥沙絮凝度与分散粒径呈幂函数关系，细颗粒泥沙絮凝临界粒径为0．0245mm。     

三峡水库泥沙絮凝特征及影响因素分析

以三峡水库奉节河段和庙河河段的现场取样资料为基础,通过现场测量和室内实验分析,发现819个现场取样点中,99.4%的测点存在泥沙絮凝现象,其中83.6%的泥沙絮团直径约为单颗粒直径的3~8倍,表明在条件适合的情况下三峡水库泥沙絮凝具有普遍性,絮凝的临界粒径为0.02 mm。从库区泥沙絮凝的分布来看,主要集中在中上层水体中,并且顺水流方向呈现衰减的趋势,庙河河段的絮凝度明显小于奉节河段。库区泥沙絮凝的临界流速为0.7 m/s,流速小于0.7 m/s有利于泥沙絮凝的形成,但由于库区泥沙颗粒间的相对动能较小,泥沙絮凝难以形成稳定的大絮团,主要表现为弱絮凝。     

黄河泥沙架桥絮凝体分形结构的动态演变研究

黄河泥沙架桥絮凝试验研究表明 ,剪切絮凝条件下泥沙絮凝体的最佳絮凝结构只能维持一段时间。在整个剪切絮凝过程中 ,泥沙絮凝体的分形结构从疏松多孔、开放的分枝状DLCA构造 ,逐步演变到密实的最佳RLCA构造后 ,又开始呈现疏松脆弱结构。絮凝体分维值上升至某一值后 ,又以微小的幅度下降。停止搅拌后 ,泥沙絮凝体粒径能在瞬间长大 ,但絮团结构脆弱稀疏 ,分维值低     

AlCl3、MgCl2、CaCl2和腐殖酸对高浊度体系细颗粒泥沙絮凝的影响

以细颗粒泥沙为主的河口区往往存在最大浑浊带,对高浊度体系细颗粒泥沙的絮凝研究有助于了解最大浑浊带的形成机制。本文通过实验研究AlCl3,MgCl2,CaCl2和腐殖酸四种絮凝剂对长江口细颗粒泥沙浊度变化的影响,从絮凝率、絮团粒径和Zeta电位变化三方面综合分析了四种絮凝剂对泥沙絮凝的作用机理。结果表明:1)随着金属离子浓度增大细颗粒泥沙絮凝率逐渐增大,粒径增大,而电位绝对值变小;随着腐殖酸浓度增大细颗粒泥沙絮凝率降低,粒径增大,电位绝对值增大;2)各絮凝剂单独存在时的絮凝机理与多组分复合絮凝作用机理有明显不同,C-P-OM复合絮凝模式能够较好地揭示长江口高浊度区细颗粒泥沙絮凝体的形成机制。     

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．     

浑水管道输水灌溉的临界不淤流速研究

本文基于水流挟沙理论和悬移质泥沙悬浮效率系数研究基础,建立了浑水管道输水临界不淤流速计算公式,通过6组不同含沙量和4种规格管径的临界不淤流速试验结果,分析了不同含沙量、管径、泥沙粒径和密度等因素对临界不淤流速的影响,利用试验数据确定了泥沙悬浮效率系数计算方法,并对临界不淤流速计算公式进行了验证,结果表明计算公式具有较高的精度,计算值与实测值的最大相对误差为2.96%,能够满足管道输水灌溉工程的应用要求。     

三维分形絮团沉降的格子Boltzmann模拟

黏性泥沙絮团的形成机理和沉降特性对河口海岸细颗粒泥沙运动规律研究具有重要作用。为了从微观结构出发研究絮团运动机理，由扩散受限絮凝体聚集模型生成不同大小的分形絮团，引入格子Boltzmann方法模拟三维分形絮团的静水沉降，获得了絮团沉速的变化过程。比较格子Boltzmann算法模拟结果与采用盒子计数分维数的 Winterwerp絮团沉速公式，发现二者有较好的一致性，表明格子Boltzmann模拟方法可应用于河口海岸环境中的黏性泥沙运动研究。     

超声反射法测量悬浊液浓度分布的特性研究

在泥沙研究中，含沙量及其沿垂线分布的测量问题非常重要。目前基本上是采用传统的方法．费时费力，而且无法做到实时、连续测量。为了探索新的测试方法，本文报道利用超声反射法，根据声波在浑水中沿垂线传播时，不同深度、不同浓度泥抄颗粒对声波的散射信号不同这一原理，对泥沙浓度、深度及其粒径与散射强度的关系进行大量实验研究，以期能实现含沙量垂线分布的自动测试。     

Ⅱ型和H型立柱对排沙漏斗水沙分离性能的影响大流量进水工况下主隧系统水气运动特性

为获取不同立柱体型对排沙漏斗水沙分离性能的影响规律,通过室内试验对不加设立柱、加设Ⅱ型和H型立柱支撑系统的排沙漏斗水沙分离性能进行研究。试验结果表明：无立柱时空气涡贯穿排沙底孔,涡径最大,清水区面积最大,漏斗室内的螺旋流强度最大;加设Ⅱ型立柱后空气涡产生偏移,涡径减小,清水区面积减小,漏斗室内的螺旋流强度减小;H型立柱下空气涡偏移距离最大,涡径最小,清水区面积最小,漏斗室内的螺旋流强度最小。相较于加设H型立柱,Ⅱ型立柱支撑系统下排沙漏斗的总截除率、泥沙排出率、漏斗室内淤积量、排沙耗水率与悬板下方不加设立柱时相近,为保证悬板安全及较高的截除率,可采用Ⅱ型立柱作为支撑体型。     

泥沙筛析与沉降粒径关系及其应用的研究

为准确测定泥沙的沉降粒径并确定筛析粒径与Ｄ沉的关系，试验中采用天然沙的筛析分组沙作为试样，逐颗测定沉积，得出Ｄ沉以及Ｄ筛与Ｄ沉的关系。经分析论证并与国际上的试验塑料比较后认为，试验所得Ｄ筛与Ｄ沉关系合理可靠。     

非均匀沙床面粗糙度的分形特征

本文在分析非均匀沙床面颗粒随机分布特性的基础上，对床面颗粒暴露度函数关系进行了分析，通过简化颗粒的排列方式，利用分形理论研究了初始及粗化床面糙度的分形特征，结合实验资料讨论了床面糙率n与糙度分维数D的关系，并与床面糙率n和代表粒径(d50、d90)的关系进行了比较，初步认为对于初始床面分维数与床面糙率具有更好的相关关系，而粗化床面两者代表性基本一致，为更好地研究床面糙率、泥沙起动及其输沙过程提出了一种新的研究方法。     

宾汉体水流中泥沙起动机理

本文分析了宾汉流体中宾汉极限剪切力τB对泥沙起动起阻碍作用的力学机制，得出均匀无粘性沙的起动拖曳力的一般表达式。并对结果定性分析得到：(1)存在粒径D*，对粒径小于0.1D*的泥沙，起动中重力因素可忽略不计；对粒径大于10D*的泥沙，宾汉极限剪切力因素可忽略不计。(2)宾汉流体中τc随颗粒粒径D的变化关系为马鞍状曲线。存在某个粒径Dmin，其所需τc最小。     

高水头混流式水轮机内部固液两相流数值分析

针对泥沙直径对混流式水轮机蜗壳和导水机构内部流场产生影响的问题进行了初步研究,采用固液两相流模型对某电站的高水头混流式水轮机进行了全流道数值模拟,通过单一变量法来研究不同来流泥沙的直径对蜗壳和导水机构内部压力及泥沙分布产生的影响。研究结果表明:与清水相比,含沙水流会不同程度地使蜗壳和导水机构内部的水压力载荷增加,在相同工况下,蜗壳底部、蜗壳鼻端、固定导叶和活动导叶头部的泥沙浓度较大;小直径下泥沙分布均匀,随着泥沙直径的增加,泥沙浓度的梯度变大,泥沙分布更加集中,从而会使磨损加剧。该研究成果可为在含沙水流中运行的水轮机设计提供参考。     

分形理论在泥沙研究中的应用概述

论述了分形理论在泥沙研究中的应用,主要包括:泥沙颗粒物特性,群体泥沙组成及其沉积物排列方式,细颗粒泥沙絮凝体结构以及河流几何形态等;概括了当前在应用中的特点:促进学科交叉,形成新的研究领域;活跃传统思想,提供新的研究方法;同时指出值得注意的问题:分形算法的统一和规范,明确各研究对象分形维数物理意义并用于解决实际问题.     

悬沙中D〉0．06mm粗粒的粒析级配组成及其改正方法

本文首先简述Ｄ＞０．０６ｍｍ泥沙的粒析沉降特性及其粒径偏粗的原因。继之对悬沙中粒径大于０．０６ｍｍ的粒析级配组成机理，及级配组成不同对标准粒径Ｄｂ与粒析粒径ＤＬ关系的影响进行了详细研究。在以上研究工作的基础上，开展了Ｄｂ与ＤＬ的比较试验，得出了粗、中、细型悬沙的Ｄｂ～ＤＬ关系和对ＤＬ的改正方法。     

CRITICAL UNIT STREAM POWER FOR SEDIMENT TRANSPORT

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＡＮＤＬＩＴＥＲＡＴＵＲＥＲＥＶＩＥＷＩｎｃｉｐｉｅｎｔｍｏｔｉｏｎｉｓａｓｐｅｃｉａｌｃａｓｅｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔ ,ａｎｄｔｈｅｔｒａｎｓｐｏｒｔｒａｔｅｏｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｓｚｅｒｏｏｒａｓｍａｌｌｖａｌｕｅｔｈｅｎ .Ｗｉｔｈｔｈｅｅｘｃｅｐｔｉｏｎｏｆｐｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃａｎｄｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎａｐｐｒｏａｃｈ ,ｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｑｕａｔｉｏｎｃａｎｂｅｅｘｐｒｅｓｓｅｄｉｎｏｎｅｏｆｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉ…