太湖长兜港固体悬浮物再悬浮的室内模拟

定量研究浅水湖泊动力扰动与沉积物再悬浮的关系,目前仍是湖泊研究中的难点之一。实验利用再悬浮发生装置,对太湖长兜港沉积物风浪扰动进行室内模拟,建立扰动强度与有效波高之间的关系,定量分析风浪对太湖水体中悬浮物的影响及固体悬浮物在水体中的垂向分布,初步得出风浪对太湖沉积物扰动深度一般在毫米级的结论。     

内外源共同作用对太湖营养盐贡献量研究

本文根据环太湖25条主要入湖河流的监测结果对入湖水量及污染物输入量进行分析,计算了不同季节外源对太湖营养物质的贡献量。分别于春、夏、秋、冬4个季节对太湖梅梁湾水体开展5次野外试验,利用沉积物捕获器收集沉积物,采用Gansith公式法计算沉积物的再悬浮通量,并建立其与风速的关系;对代表不同风浪作用下的太湖悬浮物进行7次静沉降试验,计算悬浮物的静沉降通量,并建立其与风速关系。以3.7m/s为界对底泥悬浮沉降过程进行分解和概化,并利用近10年的风速资料估算太湖年均内源释放量。计算结果表明,全年外源负荷和内源释放对太湖营养盐的贡献总量COD为24.23万t、总氮为3.80万t、总磷为2 045.20t,其中内源所占比例分别为20.47%,20.44%和13.47%外源、内源对太湖的贡献量在不同季节有较大差异,夏季贡献量最大,春季次之。风浪作用下的COD、TN释放量只相当于外源输入量的25.7%,而TP释放量仅相当于外源输入量的15.6%。外源输入量对营养盐的贡献占据相当高的比重,太湖河道入湖污染负荷的增加是太湖水质恶化的根本原因。     

太湖湖流、波浪、沉积物的三维数值模拟

运用ECOMSED模拟风速为6.5 m/s定常东南风作用下太湖流场及波浪场,对模型的适用性及可靠性进行验证;在此基础上进行波流共同作用下沉积物再悬浮数值模拟,得出沉积物-水界面切应力及水体中悬浮物浓度分布。结果表明:太湖有效波高范围在9~29 cm之间,有效波高的空间分布与风速、风向和水深有很大的关系,同时波浪对切应力会产生很大影响,而切应力的分布决定了悬浮物浓度的分布,风浪及地形要素是导致太湖悬浮物浓度变化的重要因子。模拟结果与现有实验成果较吻合,说明运用该模型模拟太湖沉积物再悬浮的结果可靠。     

太湖湍流特征及其对表层沉积物起悬机制的影响

太湖是一个典型的浅水大湖泊且富营养化严重,动力扰动引起的水-土界面沉积物起悬与太湖蓝藻水华的暴发有密切联系。基于声学多普勒流速仪、OBS浊度仪、pH-ⅡHandheld手持式气象站等仪器监测得到的原位高频气象、水动力、水质同步数据,分析了湖泊水-土界面悬浮物浓度与风速、切应力及湍流特征的关系。研究结果表明:观测期间,湖心区底泥沉积物再悬浮过程中由波切应力起主导作用,观测的切应力临界值为0.08 N/m~2,临界风速为4 m/s。底泥再悬浮主要是由拟序结构中短时内间歇性猝发引起的,短时大振幅事件对底泥垂向扩散起关键作用。研究结果可为进一步研究与湍流密切相关的太湖内源释放发生机制提供参考。     

太湖沉积物的分布和动力扰动下最大侵蚀深度的确定

利用 2 0 0 2年对太湖沉积物空间分布的调查数据 ,将太湖划分成 69× 69个网格 ,利用最优插值法对整个太湖的沉积物总量进行了计算 ,得出太湖沉积物的蓄积量大约在 1 8 5 7亿m3左右 ,主要分布在西部沿岸和北部的梅梁湾 ,在湖心和东太湖 ,沉积物覆盖量很小 ,有泥区面积占整个水面积的 47 45 % ,在 60 %的有泥区中 ,沉积物厚度集中在 2 5m以下 ,小于 5 0cm和大于 3 5m的有泥区面积所占比例不大。此外 ,利用Shields方法计算了太湖沉积物上层 1m内不同深度上的临界切应力 ,采用SMB浅水波动模式 ,计算了夏季受东南风和冬季受西北风影响下的波切应力值 ,确定了不同扰动所能引起的最大侵蚀深度。计算结果说明 ,无论上述何种风向情况下 ,能产生悬浮的临界风速大约在 5 0m s左右 ,当风速大于临界风速时 ,悬浮深度随着风速的增加而增大 ,当风速达到 2 0 0m s时所能引起的最大侵蚀深度均在 3 0cm左右。     

风力影响下湖泊湍流特征及其对湖泊污染沉积物影响研究

湖泊水体内的悬浮物浓度是衡量水质的重要参数,悬浮物浓度则受到湖底沉积物的悬浮沉降过程影响。本次试验测量风速影响下淡水湖泊中的切应力以及湍流动能等参数的变化,并建立风速与悬浮物浓度、切应力、湍流动能的拟合曲线,计算得到底泥起悬时的临界风速值为4.5 m/s,影响沉积物悬浮的切应力主要为波切应力,湍流动能与切应力和悬浮物浓度均呈正相关关系。试验结果可为淡水湖泊水质治理提供参考。     

太湖重污染湖区底泥沉积物特性

对竺山湖及太湖西岸湖区底泥沉积物的粒径、含水率、有机质、TN,TP含量进行研究,探讨竺山湖湾东部、竺山湖湾西部、太湖西岸北部、太湖西岸南部底泥污染物表层及垂向分布规律.结果表明,竺山湖湾沉积物中有机质、TN,TP含量高于西沿岸湖区,底泥再悬浮释放污染物风险较大;西沿岸北段清淤区垂向有机质、TN含量无显著性变化,TP含量...     

悬浮物输运的数学模型

为了研究镇江内湖悬浮物的输移运动规律，建立了二维悬浮物输运数学模型。模型考虑了风场及潮流作用下悬浮物的输运，同时还考虑了悬浮物的沉降和再悬浮机制，采用切应力概念确定悬浮物的起悬量和沉降量。在无结构网格上对水流和悬浮物输运方程进行有限体积的积分离散，应用高性能的Osher格式计算水量、动量及悬浮物输运等通量，提高了数值模拟的精度。应用2次大规模水文和悬浮物含量的野外同步监测资料对模型进行了验证。模拟值与实测值吻合较好，表明模型能合理地反映内湖水流及悬浮物的运动规律。     

大窑湾潮及悬浮物沉降扩散的数值模拟

本文结合大窑湾港区建设的实际工程，计算了大窑湾潮流场及悬浮物浓度的沉降扩散。采用垂向平均的二维潮流场模型，其开边界条件考虑了海湾内潮波反射的影响，潮流场的计算结果与实测值比较符合。对具有沉降项的悬浮物浓度对流扩散方程也采用垂向平均处理，给出了其合理的表达，结合潮流场的实测及计算数据，确定了沉降项中的参数，计算的浓度分布结果为工程环境评价提供了有益的依据。     

山东半岛靖海湾及其附近海域悬沙粒度特征及再悬浮作用研究

表层沉积物再悬浮作用研究一直是海洋沉积动力学中的重点和难点问题。本文尝试通过对靖海湾及其附近海域的现场观测资料及悬浮体的室内分析,对悬沙粒径的时空分布特征及其与悬沙浓度、流速的关系进行讨论,并对研究区域表层沉积物的再悬浮特点进行研究。结果表明:研究区域悬沙粒径由西向东呈现逐渐减小的趋势,而在垂向上悬沙粒径差别不大;根据潮周期内悬沙粒径、悬沙浓度、流速的变化特征及6个站位的悬沙级配曲线,推断在一个潮周期内表层沉积物出现了2次再悬浮,再悬浮产生的颗粒粒径在100～300μm,各站潮周期内的最大再悬浮量在1.49×10-3～6.66×10-3kg/m3之间。     

疏浚抛泥工程引起的悬沙增量变化分析

由描述工程前后二维悬沙运动的控制方程出发,梳理了二维悬沙增量控制方程的推导过程.利用过程中一系列的简化,阐明了悬沙增量方程与悬沙方程不仅是形式上的不同,其近底泥沙通量项已发生物理意义的改变,且求解的泥沙边界条件也发生变化.工程抛泥若造成沉降机率、沉降速度等参数及物理量发生较大变化,悬沙增量方程能否采用值得重新商榷,因此其适用范围需在计算中加以关注.在本文的实例计算中发现,采用工程前后悬沙运动控制方程比较得到的结果与悬沙增量控制方程计算结果大致相同.悬沙增量方程在实例中得到了较好的应用.     

波浪作用下涡动沙纹床面的悬沙运动数值研究

作者建立了波浪作用下的立面二维水沙数值模 型，并对涡动沙纹床面的悬沙运动进行研究。结果表明：悬沙颗粒的沉降速度较小时，其运 动受到涡动力特性的影响比较显著。而且在沙纹波峰断面和沙纹波谷断面，半个周期里都可 以观察到两个悬沙分布的峰值，主要是由于流动分离形成分离涡，涡运动携带泥沙颗粒而出 现峰值。计算成果在一定程度反映了涡动结构对悬沙运动的影响。     

Predicting suspended sediment concentration from nephelometric turbidity in organic‐rich waters

Nephelometric turbidity is an optical index for the side scattering of light caused by fine particles suspended in water. When a mixed composition of suspended inorganic and organic materials, including dissolved organic material, is present, turbidity measurements can be affected by the different optical properties of the organic and inorganic materials present, and different turbidimeters are more or less sensitive to these influences. Two different methods of nephelometric turbidity measurement were assessed (using instruments confirming to two different turbidity standard methods: EPA 180.1 and ISO 7027). We investigated the influence of particulate organic matter and coloured dissolved organic matter on relationships between turbidity and suspended sediment concentration for rivers in diverse Otago catchments, in the South Island of New Zealand. The presence of organic matter and dissolved colour affected turbidity measurement owing to light absorption; however, turbidity measurement following the ISO 7027 standard, which specifies near infrared radiation at wavelengths where organic absorption is very weak, was less affected by organics. As a result, rating equations between suspended sediment and turbidity may be significantly different with ISO 7027 compared with EPA 180.1 methods.     

珠江三角洲河网与河口夏季水沙通量的模拟

本文利用一、三维水动力与泥沙耦合模型,计算珠江三角洲河网与河口夏季水沙通量,构建其收支模式,并分析水沙迁移路径与泥沙沉积特征。研究表明,西江为最主要的水沙输入源,磨刀门为最主要的水沙输出口门,蕉门次之。夏季泥沙以淤积为主,上游汇入的泥沙,有39.4％沉积于河网区,其余60.6％经八大口门输入珠江口后,有59.5％发生沉积,另外1.1％输入外海。河网区的水沙输送由径流控制,而河口区则由径流、潮汐、季风等因素控制。河网区各区域的沉积特点因动力条件的差异而呈现不同的规律,大量泥沙在西江干流、虎门水道淤积。珠江口中以内伶仃洋与磨刀门海域的沉积量最大,泥沙在西滩周边和磨刀门海域快速沉积,其中磨刀门海域淤积最为强烈。     

基于Rouse公式的紊流区悬沙粒径级配垂线分布规律

基于Rouse公式及紊流泥沙沉速公式,分别推导得到了紊流时的悬沙粒径及级配垂线分布公式,前者直接量化了泥沙“上细下粗”的垂线分布规律,后者则可用于计算不同水层及垂线上总的悬沙粒径级配。通过实例,应用粒径级配计算公式得到了不同水层的悬沙粒径级配。结果表明:泥沙粒径“上细下粗”的分布规律明显;在越远离床面的水层,细颗粒所占的比重越大,粒径分布越均匀。当考虑悬浮高度影响时,以最大粒径悬沙的最大悬浮高度为界,该高度之下级配“等宽”,该高度之上级配“上窄下宽”。     

有机质对细颗粒泥沙静水絮凝沉降特性的影响

在CaCl2和MgCl2浓度为0－1．0mmol/L，泥沙浓度为10g/L时，本文用吸管法研究了有机质对细胞粒泥沙絮凝沉降的影响，结果表明，在液面上同一深度，有机质并不影响泥沙浓度随时间呈指数衰减的变化规律，但去除有机质后，细颗粒泥沙絮凝的最佳电解质浓度降低；对于相同的电解质浓度，其絮凝沉降加快，泥沙平均沉速明显增大。     

排沙漏斗悬移质泥沙运动数值模拟

排沙漏斗是一种利用立轴旋涡实现水沙分离的二级排沙设施。为了探明排沙漏斗悬移质泥沙运动特征和排沙机理,采用欧拉-拉格朗日方法模拟了排沙漏斗水气沙三相流动,其中水相和气相采用雷诺应力模型(RSM)和VOF方法描述,悬移质泥沙用颗粒轨道模型描述。通过对计算的悬移质含沙量垂向分布与实验结果的对比,验证了数学模型的可靠性。计算结果表明:在漏斗室外侧区域含沙量分布整体上较均匀,在漏斗室内侧区域的近底部存在一个明显的高浓度带。作者认为,上述排沙漏斗悬移质泥沙含沙量分布特征主要是由排沙漏斗内的二次流引起的。     

长江中下游水沙通量变化规律

采用水文学、泥沙运动力学与数理统计学相结合的研究方法，对宜昌和大通两个测站近五十年的实测水文、泥沙资料进行分析，以探究长江中下游水沙通量的变化规律。研究表明，水量由中游向下游沿程递增，但各测站的年均增幅不明显；长江中下游泥沙主要来源于长江上游地区的金沙江和嘉陵江。其次是汉江、洞庭湖和鄱阳湖等水系；长江流域来沙主要以悬移质形式下泄，悬沙通量由中游向下游沿程递减，同时各测站悬移质输沙量也逐年呈阶梯性递减趋势；长江中下游水沙通量有明显的季节性变化，洪季通量值明显高于枯季；悬沙颗粒主要由极细砂和粉砂组成，自中游向下游，泥沙颗粒逐渐细化；由于江阴河段附近边界条件的限制，该区域的悬沙粒径明显小于其上下游河段。