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。     

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。     

粘性细颗粒泥沙静水絮凝沉降生长的计算机模拟

利用分形生长模型对粘性细颗粒泥沙的絮凝沉降过程进行了计算机模拟,在扩散受限的絮团聚集模型(DLCA模型)的基础上,初步研究了粘性细颗粒泥沙的絮凝沉降分形生长过程,并对最终的絮凝体进行了图像处理,得到了分形维数和颗粒浓度的关系。     

粗泥沙在粒径计管内的沉降特性及其影响因素研究

通过大量试验研究，认识到Ｄ〉０．０６ｍｍ粗泥沙用粒径计分析时相继发生三种运动形式。首先为整体沉降，继之是异重沉降，最后呈均匀沉降。试样沙量不同对这三种运动状态有不同的影响。     

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。     

静水中粘性细颗粒泥沙絮凝临界粒径的确定及其影响因素分析

将胶体化学的DLVO理论引入到泥沙絮凝问题的研究中,从力学角度提出了一种分析确定泥沙絮凝临界粒径值的新方法,并力求从量级上对影响泥沙絮凝的各种因素进行了分析,与现有研究成果对比,表明本文提出的方法可以用于分析和确定静水中泥沙的絮凝临界粒径值,动水中絮凝临界粒径的确定方法有待更进一步的研究.     

激光粒度分析仪在泥沙粒径分析中的比测应用

马尔文激光粒度分析仪是目前世界上较先进的室内粒度测试仪器之一。通过对城陵矶、螺山、汉口、仙桃等水文站大量比测资料的分析,研究了马尔文激光粒度分析仪(MS2000)的适用条件以及参数适用范围,提出了MS2000与传统粒径计-吸管法分析成果之间的转换关系,为2010年MS2000在长江流域的推广应用提供了依据。     

长江口徐六泾河段洪季中水期悬浮泥沙沉降特性

2007年9月27日至10月5日长江口洪季中水期间,在徐六泾2号水文平台处,结合OBS3A、LISST100(B)和ADCP对该地区的悬浮泥沙在大中小三种不同潮型下进行观测.详细分析了洪季中水期该处悬浮絮凝体沉降特性,结果表明不同潮差会对絮凝体的特性产生较大的影响,在相同絮凝体粒径下,大潮差时絮凝体有效密度和沉降速度都是小潮差时絮凝体的1.5倍,整个测量期间沉降速度约为0.5～3.0mm/s.针对目前利用分形学研究泥沙沉降特性的成果结合本文结果可知徐六泾处絮凝体质量分形维数约为2.5,并且由于泥沙形状及分布不均的影响泥沙沉降特性的系数约为0.43～0.5.     

水利工程沉沙池泥沙沉降计算方法分析与验证

介绍了水利工程沉沙池泥沙沉降计算方法,并结合实例对各种方法进行了分析验证。结果表明:采用准静水沉降法计算的泥沙分组沉降率与实测分组沉降率存在明显的偏差;泥沙颗粒平均粒径范围为0.175～0.570 mm、含沙量为0.25～1.00 kg/m3时计算泥沙沉降采用沉降概率法较为合适;二度流超饱和输沙法假设流速和扩散系数沿垂线方向为常数,但沉沙池中泥沙沿垂直分布为紊流且为不均匀流,因此该法存在缺陷;一度流超饱和输沙法考虑挟沙水流超饱和和水流向上紊流的特点,将悬移质泥沙粒径按大于或小于0.25 mm分别进行计算,其沉降率计算值与实际观测值非常接近,便于实际应用。     

泥沙颗粒浑匀沉降消光法中的消光系数研究

浑匀沉降消光法为泥沙颗粒分析常规分析方法之一,但消光修正问题一直未能得到很好解决。为此,透彻地剖析了浑匀沉降消光的分析原理,加深了对相关概念的理解,推导出计算消光系数的实用公式,编制了自动进行消光系数修正的软件,并将此成果应用于1996年始研制成功的DLY系列光电颗粒分析仪中。该仪器及其分析技术经黄河、长江等不同水系数年的实际应用,效果良好。     

超声法测量河流泥沙粒度大小

将HT模型和BLBL模型结合起来,通过对两个频率下超声波衰减系数测量,反演得到被测泥沙悬浊液中颗粒平均粒径。并在实验中通过对泥沙悬浊液在1MHz和2MHz频率下进行测量,证明用该模型及方法测量这类悬浊液的粒径大小是可行的。     

絮凝剂作用下黏性细沙絮凝沉降规律研究

细颗粒泥沙广泛分布于河流、水库、河口及海岸水体中,其絮凝沉降及输移规律是泥沙运动力学中一个重要课题。采用自制沉降实验装置,实验观测了不同絮凝剂浓度、不同浓度黏性细颗粒泥沙的絮凝沉降过程,分析研究了黏性细沙絮凝沉降规律。结果表明：聚合氯化铝(PAC)絮凝剂比较稳定,PAC溶液浓度对不同泥沙浓度絮团沉速的影响均较小,最佳投放浓度可统一采用0.08 g/L。阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)絮凝剂对泥沙浓度的反应最为敏感,絮凝剂最佳投放浓度随着泥沙浓度的变化分为3个稳定段和2个敏感段,稳定段CPAM最佳投放浓度分别为0.08、0.10和0.12 g/L,敏感段CPAM最佳投放浓度可采用区间插值方法选取。阴离子型聚丙烯酰胺(APAM)絮凝剂最佳投放浓度随着泥沙浓度的变化分为2个稳定段和1个敏感段,稳定段APAM最佳投放浓度不随泥沙浓度的变化而变化,分别为0.08和0.10 g/L,敏感段APAM最佳投放浓度可采用区间插值方法选取。絮凝剂APAM的絮凝效果最好,絮凝剂CPAM的絮凝效果次之,絮凝剂PAC的絮凝效果较差。     

超声衰减谱法测量泥沙粒度分布

利用超声衰减谱的测量,可以获得泥沙中颗粒粒度分布信息。采用超声耦合相模型和Bouguer-Lambert-Beer-Law散射模型的叠加描述河流泥沙中超声衰减行为,宽频超声换能器测量得到2MHZ至7MHZ间泥沙声衰减谱,结合独立模式的最优正则化反演算法,获得了体积浓度4.5%,12.4%,15.8%下泥沙的颗粒粒度分布。结果表明,超声衰减谱法能在体积浓度直至15.8%的高浓度条件下获得泥沙颗粒粒度分布,并且测量得到的平均粒度受浓度变化影响较小。将超声法测量结果与光学图像法测量结果相比较,两种测量方法得到的结果较为吻合。     

黄河下游泥沙沉积汇对入海悬移质泥沙粒度的影响

黄河下游泥沙沉积汇在黄河流域系统的泥沙收支平衡(Sediment budget)中起着重要的作用。通过河床主槽中泥沙的淤积和冲刷,运动泥沙的组成发生变化;通过滩地上泥沙淤积和河岸坍塌,河漫滩上前期淤积的泥沙与洪水所挟带的泥沙发生交换,使悬移质泥沙的组成发生变化。泥沙冲淤量对不同粒径组入海泥沙百分比的影响是不同的。小于0.01mm细泥沙的百分比与下游河道淤积量呈正相关,0.025~0.05mm和大于0.05mm的较粗泥沙的百分比与下游河道淤积量呈负相关。入海泥沙平均粒径与深泓年摆幅之间也存在着负相关关系。自20世纪60年代,中期以来,特别是自80年代中期以来,由于黄河下游径流量显著减小,黄河下游河道发生萎缩,河宽减小,因而主流线的摆动幅度也显著减小。这使得原来十分强烈的河岸侵蚀和滩槽泥沙交换强度大为减弱,主槽洪水得到的来自河岸侵蚀的细粒泥沙越来越少,因而使入海泥沙粒径变粗。     

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．     

呼伦湖沉积物中环境敏感粒度组分提取

2015年3月在中国北方呼伦湖采集100 cm湖泊沉积物岩芯并进行粒度分析,揭示了呼伦湖岩芯粒度参数的垂向分布序列。研究区柱状沉积物粒度组成以18 cm、60 cm和86 cm为界限分4个主要的阶段,并且小于16μm组分含量和大于32μm组分含量基本呈反向变化趋势,中值粒径的变化趋势和砂质组分含量的变化趋势一致。通过粒径-标准偏差法,获得了呼伦湖沉积物岩芯中对沉积时期环境变化较为敏感粒度组分范围约为大于30μm。利用主成分分析法,得到两个主控因子F1和F2,它们贡献了湖泊沉积物近88.12%的粒度变化特征。这两种方法相互结合,可以有效的探讨呼伦湖沉积物沉积时的古气候(降水,季风等)信息,同时其它一些环境要素也有较好地体现。     

1960年前黄河下游河槽淤积物粒径组成分析

利用1999年汛前深层钻孔取样资料和历年淤积实测大断面资料分析出1960年前无三门峡水库影响的“自然”水沙情况下,下游河道主槽淤积物中d≥0.1 mm以上泥沙占50.7%,比1960-1999年大30个百分点,这种泥沙在下游的淤积比高达83.1%,比0.05 mm以上泥沙的淤积比高39个百分点。指出应在黄河中游寻找出0.1 mm以上的粗泥沙集中来源区作为近期水土保持的重点区域。     

新型在线泥沙粒度与含沙量测控系统设计

为了实现河工模型试验中泥沙粒度级配的在线实时测量与含沙量控制,设计了新型在线泥沙粒度与含沙量自动测量控制系统。采用了在线湿法超声波粒度分析仪（OUPS）,并结合新型潜水排污泵等先进辅助设备,构成了两种泥沙自动控制系统,即“OPUS及循环管道含沙量自动控制系统”和“OPUS及螺杆泵含沙量自动控制系统”。简要介绍了在线超声波粒度分析仪的测量原理与性能,以及自动测量控制系统的测控原理与设计要点,为河工模型提供了先进的泥沙颗粒分析与含沙量自动量测控制试验平台。     

泥沙颗粒暴露度与等效粒径研究

回顾了对暴露度的研究现状及存在的问题。提出了一种定义暴露度的方法及其计算式，同时得到了计算暴露度Δ及暴露度系数ξ的表达式。经过分析，给出了ξ的取值范围为0～1，它随颗粒在床面的位置而变。同时提出了等效粒径的概念及其计算方法。并对不同粒径，在床面不同位置的暴露度、暴露度系数及等效粒径进行了计算。对非均匀沙，当相对暴露度系数一定时，大于平均粒径的泥沙颗粒的等效粒径较同等粒径均匀沙的等效粒径小，容易起动；小于平均粒径的颗粒较同等粒径均匀沙的等效粒径大，较难起动，等于平均粒径的颗粒与均匀沙等效粒径相当。经分析等效粒径是一种较符合实际的方法，且公式简单、使用方便。