泥沙吸附重金属污染物的数值模拟研究

为研究分相模型中泥沙颗粒吸附重金属的过程,以Langmuir等温式为基础,将泥沙相和重金属相看作两相,通过步进法和UDS方法两种计算方法对泥沙颗粒的吸附过程进行了数值模拟。首先利用Fluent软件将组分输运模型与UDS法相结合,模拟了7种湍流模型下的泥沙吸附过程,所得结果与Langmuir模型对比,验证了该方法的可行性,并选出了吻合度最高的模型。其次,应用选出的模型对不同含沙量、不同粒径泥沙颗粒吸附量和镉离子水相浓度变化趋势进行了模拟。结果表明:含沙量直接影响水体的吸附作用,含沙量越小,吸附作用越弱,吸附速率越慢,浓度小于一定限度时水体吸附作用可忽略不计;不同粒径泥沙在水体中的吸附作用差异明显,但并不能决定泥沙吸附量;UDS方法和步进方法在考虑粒径的影响时计算的吸附量不同,从吸附量的角度来看UDS法更加贴切,从到达动态平衡的角度来看步进法更加吻合。     

大凌河中下游泥沙颗粒特征分析

通过统计大凌河流域1988—2001年的泥沙颗粒观测资料,对大凌河泥沙颗粒特征在不同时间与空间条件下的变化、影响泥沙颗粒变化的主要影响因子及泥沙颗粒与径流量、含沙量间的相关关系进行了研究。结果表明:①在时间上,汛期悬移质泥沙粒径一般小于非汛期泥沙粒径;②粒径大于0.05mm的粗颗粒泥沙对下游河道泥沙沉积的贡献最大,越接近年内丰水期,河道悬移质泥沙粒径越细;③泥沙粒径在20世纪90年代以前变化不大,至90年代中后期总体有所增大;④大凌河从上游至下游的泥沙粒径呈细化趋势。     

激光法与消光沉降法测试泥沙粒径误差分析

M S2000激光粒度分析仪,是目前黄河水文行业中引进的新一代测试泥沙粒径的分析仪器。它以体积为测量基准、用等效球体来表现测量成果,传统的消光沉降法是以重量为测量基准、使用沉降原理来测量泥沙颗粒的大小。由于两种方法分析原理的不同,导致分析成果产生较大差异。通过用激光法与传统消光沉降法对不同沙型的泥沙样品分别对比测试,建立了本测区两种分析成果之间的相关关系,以解决新旧泥沙颗粒级配资料的衔接问题。     

基于图像处理的泥沙轮廓提取对比分析

利用数字图像处理技术对拍摄的泥沙颗粒图像进行处理,提取泥沙颗粒轮廓及位置坐标,为实时测量推移质输沙率提供了基础。本文基于数字图像处理技术,阐述了图像轮廓提取的一些基础知识,介绍了三种常用的图像轮廓提取方法,展示了这三种方法轮廓提取的效果,并进行了对比分析,结果表明当所处理的图像包含不同粒径的泥沙颗粒时,边缘检测算法提取的泥沙颗粒数量效果最好。     

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。     

黄河中游多沙粗沙区淤地坝对泥沙的分选作用

利用坝地钻探取样资料,对黄河中游多沙粗沙区坝地淤积泥沙粒径的空间变化进行了分析,结果表明：淤地坝对泥沙具有分选作用,坝前泥沙粒径小于坝尾泥沙粒径;泥沙颗粒越粗,这种分选作用越明显。从而认为,在粗泥沙产沙区淤地坝能够起到一定的淤粗排细作用。     

入流泥沙粒径组成对弱分层水体异重流及挟沙特性的影响

利用水槽设计水库分层水体模型试验,研究温度弱分层水体中不同入流泥沙粒径组成时异重流及其泥沙运动的特性。选用颗粒粒径0.01 mm、0.02 mm、0.05 mm的泥沙,开展了不同入流泥沙粒径组成条件下的异重流试验研究。在水温弱分层水库水体中,分析入流泥沙粒径组成的变化对分离点水深和间层流厚度的影响规律;不同泥沙粒径组成下,分析异重流在水库断面的泥沙浓度、较深的水域挟沙量变化规律;研究了泥沙沉淀量和悬浮量与入流泥沙粒径组成的关系。研究结果表明:在弱分层条件下,维持入流泥沙浓度3.75 g/L、入流速度0.005 m/s不变,异重流在水库中泥沙沉淀比例为29%~38%,泥沙在水库中的悬浮比例为46%~60%;粒径组成变化导致分离点深度和间层流厚度不同,颗粒粒径越大,分离点深度越深,间层流厚度越厚;异重流挟沙能力弱,水库淤积更严重,泥沙也会造成水库水浑浊;入库泥沙粒径越小,水库悬浮的泥沙浓度越大,水库的内源污染越大;当入库泥沙粒径较小时,宜在水库深水区取水,可减少水处理费用。研究成果可为水库取水、调水调沙提供参考。     

黏性细颗粒泥沙絮凝发育时空过程的数值模拟

以Smoluchowski方程为基础,用数值模拟方法研究黏性细颗粒泥沙絮凝-沉降的时空过程。模拟设定泥沙最小基本颗粒粒径5μm,絮团分形维数1.78,模拟高度1.75 m,模拟总时长300 min,初始条件为各级泥沙颗粒-絮团浓度各向均匀分布,入口、出口无泥沙通量。模拟给出泥沙质量浓度、絮团平均粒径、絮团粒径分布等参数的时空变化过程。模拟发现:各个高度上泥沙质量浓度随时间变化的曲线均呈平缓衰减、快速下降与趋零三个阶段,其形状相似;位置越低,曲线的显现时间越滞后。絮团质量加权平均粒径随时间变化过程存在升涨-高峰-衰落三个阶段。碰撞效率系数越大,峰值越高;位置越低,峰现时间越滞后。本文还以泥沙质量浓度随时间变化为例,比较了数值模拟与絮凝试验的测量结果,二者基本一致。     

辽河中下游悬移质泥沙颗粒特征分析

根据1988-2005年有关水文站泥沙观测资料,对辽河中下游泥沙颗粒特征在不同时空条件下的变化以及不同粒径组泥沙对辽河下游悬移质沉积的影响进行了分析.结果表明:在空间分布上,从上游至下游悬移质泥沙粒径呈细化趋势;在时间分布上,汛期悬移质泥沙粒径一般小于非汛期泥沙粒径;上游来沙越粗,来沙量与河道沉积的关系越密切;下游河道泥沙从存贮到释放的来沙临界值随泥沙粒径的变大而减小;进入辽河下游的泥沙对于河道的危害程度随着粒径的变大而增大.     

用PC—1500计算机绘制颗分曲线

本文介绍一种泥沙(土粒或其它粉末)颗粒级配分析数据处理的方法及程序。把光电颗粒分析仪(粒径计或筛分法等)分析的泥沙颗粒分析数据按一定的格式输入计算机后,计算机经过数据处理直接输出在半对数坐标上的泥沙颗粒分布曲线和载有分组粒径级配与一些特征粒径的表。使用本方法不但可以提高泥沙颗粒分析的速度和精度,而且资料使用方便,便于保存。     

图像处理技术在泥沙粒径分析中的应用

基于数字图像处理技术的泥沙粒径分析是近年发展起来的一种新方法。传统分水岭分割方法直接作用于梯度图像,受图像噪声、目标的细小边缘及纹理等因素影响,测量精度会相对降低。通过标记重构和区域合并对传统分水岭分割法进行优化,提出改进算法。基于实测数据,围绕数字图像处理相关技术,借鉴其他领域图像分析设备和方法,以数码单反相机和Image J2x图像处理软件为基础,建立一套泥沙图像粒径分析系统。采用图像法、机械筛分法和激光分析法分别对同一批沙样进行粒径测定。对测定结果进行的分析表明数字图像处理技术可较好地用于泥沙粒径分析。     

黏性泥沙絮凝研究进展

黏性泥沙颗粒的絮凝特性表现出与粗颗粒泥沙迥异的物理及输移特性,因此黏性泥沙絮凝是河流海洋泥沙理论研究中的热点之一。总结了黏性泥沙絮凝在试验研究和数学模型方面的研究成果,介绍了最新的相关研究进展,并分析了现有研究中存在的问题。认为目前存在的主要问题有:①有关黏性泥沙的试验研究以单因素影响试验为主,缺少多因素影响研究;②对泥沙絮团的三维结构形态研究不足;③相关数学模型只能描述定性规律。今后应在黏性泥沙相似准则、多因素影响试验、絮团微观结构观测仪器开发、大尺度三维絮凝数值模拟等方面加强研究。     

两种不同测量方法测试细泥沙粒度对比分析

随着各种原理粒度仪的广泛使用,有必要在相同条件下,对不同测量方法的泥沙粒度级配测定结果进行对比分析,从而确定相关关系.本文精心挑选具有代表性的50个较细泥沙样品分别用吸管沉降法和激光衍射法进行泥沙粒度分析.结果表明:激光法的测试结果相对偏粗,而且是泥沙粒径越细偏差越大,经过两种方法粒度级配线性相关性分析发现,二者的相关...     

Measurement of particle size based on digital imaging technique

To improve the analysis methods for the measurement of the sediment particle sizes with a wide distribution and of irregular shapes, a sediment particle image measurement, an analysis system, and an extraction algorithm of the optimal threshold based on the gray histogram peak values are proposed. Recording the pixels of the sediment particles by labeling them, the algorithm can effectively separate the sediment particle images from the background images using the equivalent pixel circles with the same diameters to represent the sediment particles. Compared with the laser analyzer for the case of blue plastic sands, the measurement results of the system are shown to be reasonably similar. The errors are mainly due to the small size of the particles and the limitation of the apparatus. The measurement accuracy can be improved by increasing the Charge-Coupled Devices (CCD) camera resolution. The analysis method of the sediment particle images can provide a technical support for the rapid measurement of the sediment particle size and its distribution.     

EFFECTS OF CONSOLIDATION TIME AND PARTICLE SIZE ON SCOUR RATES OF COHESIVE SEDIMENT

By means of flumes,experiments have been done in order to determine the effects of consolidation time and particle size on scour rates of cohesive sediment. Experimental results shown dry unit weight increased and scour rates decreased during the course of consolidation,the resistance to scour was related to consolidation time,but it presented different consolidation properties that depended on particle size. For the finer particle,the consolidation process was longer,the range of dry unit weight altered was greater,the consolidated sediments moved in chunks. On the other hand,based on analysis of the relationship of dry unit weight change with consolidation time,the simplified analytical expressions of dry unit weight and scour rates were derived,the results were checked with experimental data in the same flow situation and good agreements were achieved. Since the effects of different particle size were considered during the process of consolidation,the variations of consolidation properties were well reflected in these formulas.     

重塑黏性土及不同砂砾含量土体的起动试验研究

应用冲蚀函数测定仪开展了两种重塑黏土及其砂砾含量分别为20%、40%、60%条件下的起动试验,研究了黏聚力、干密度、砂砾粒径及掺量对土体起动应力的影响。试验结果表明:纯黏性土的起动应力与黏聚力呈线性关系,但两种黏土的斜率变化较大;两种黏性土的起动应力与干密度的关系可统一用指数型表达式确定;不同砂砾含量土体的起动应力与黏性土的黏聚力、砂砾粒径和掺量有关;砂砾粒径一定时,随着掺砂砾量的增加,混合体的起动应力呈先增加后降低的趋势,而砂砾含量一定时,起动应力随着砂砾粒径的增加而增加。最后,提出了重塑黏性土-砂砾混合土体的起动应力表达式。与试验结果的对照表明,该公式可较好地对黏性土-砂砾混合体的起动应力进行预测。     

沙漠沙的筛分粒径与粒径计粒径的比较实验

筛分法与粒径计法是两种重要的颗粒分析方法。本文通过较为系统的实验发现采用这两种方法所得到的实验结果之间存在较大的偏差。采用粒径计法测得的样品粒径较之用筛分法所得的结果明显偏大 ,说明用这两种原理不同的颗分方法所测出的粒径数据不能不加换算地直接采用。由于目前有关筛分粒径与粒径计粒径转换关系的研究结果并不一致 ,所以文中比较了几家代表性研究成果之间的差异 ,重点讨论了采用不同沉降速度公式进行计算时所得粒径计粒径之间的差异 ,探讨了各家结果不同的原因 ,对与颗粒粒径相关的研究具有参考价值     

水电站沉沙池泥沙最小危害粒径选择分析

针对泥沙最小危害粒径选择十分复杂、目前尚未取得突破性进展、许多问题还有待深入研究的现状,首先对影响水轮机磨损的主要因素进行全面系统分析,说明目前国内泥沙最小危害粒径选择方法不够准确。在补充设计水头、水中泥沙含量、水流相对流速等水沙因子综合因素修正基础上,通过不同泥沙最小危害粒径的沉沙池投资和水轮机磨损维修费分析,进行泥沙最小危害粒径选择,并将此方法在麻子河一级水电站应用。结果表明:泥沙最小危害粒径越小沉沙池投资越大,水轮机磨损维修费越小,当泥沙最小危害粒径0.25 mm时,沉沙池投资与水轮机磨损维修费合计费用最少,因此沉沙池泥沙最小危害粒径选择0.25 mm合理的,充补水沙因子综合因素修正选择泥沙最小危害粒径方法是可行的。     

黏性土起动研究现状综述

综述国内外学者在泥沙起动(包括散体沙的起动和新淤土的起动)研究和黏性土的起动模式、影响因素等方面的研究成果,指出各研究者、研究思路、研究成果的差别,以及现有研究成果所存在的问题:由于黏性土本身的复杂性,加之各研究者考虑的参数不尽相同,现已建立的黏性土起动模式差别较大;影响黏性土起动的因素主要有土的物理因素、土力学参数、化学特性等.认为今后的研究重点应放在黏性原状土上,在此基础上再进行重塑土试验,以探求各影响因素等起动切应力之间的关系,进而分析黏性土起动机理及其影响因素,确定黏性土起动的物理模式,并选择足够的土样,通过大量的水槽试验,积累资料,从中分析综合内在规律.     

泥沙起动流速的随机分析

泥沙起动流速是河流泥沙动力学基本概念之一,对泥沙运动及河床冲淤变形研究有着重要意义.天然河流中的泥沙运动多处在紊流状态下,其影响因素极其复杂,具有显著的随机性.本文在总结前人研究成果的基础上,从流体力学层面论述了以作用于泥沙颗粒上的局部流速表示泥沙起动流速的合理性,进一步拓展分析,指出了以往公式的不足,给出了以局部点流速表示的包括散粒体与粘性颗粒在内的全沙起动流速公式,继而与各家公式作了对比;基于随机理论,给出了泥沙普遍动、少量动、个别动的判据,并将均值流速概率化,扩展了泥沙颗粒起动的范围与认知.