南水北调中线干渠藻类增殖潜势的数学分析方法与建议

针对南水北调中线干渠存在的藻类增殖风险问题,基于氮磷等营养物质及藻类孢子的大气沉降为汇入源的前提假设,采用沃伦韦德尔模型以及河南、山东、京津冀地区氮沉降平均值及全国磷沉降平均值,对中线干渠全线的营养物质累积趋势进行了估算。结果表明,渠水到达监测点三里屯后,渠水中的营养物质累积浓度会超过富营养化阈值;综合考虑大气中藻类孢子沉降的影响,结合藻类增殖的Monod模型,对文献报道的中线藻类数量空间分布数值进行了拟合,估算出中线干渠藻类生长速率在0.21～0.46个/d范围内波动,取得了相对中值误差为23.71%的估测结果;并在此基础上,提出了可提高预测结果精确度的监测方案。     

粘性泥沙在静水中沉降特性的试验研究

本文通过对我国一些港口、河口粘性泥沙的静水沉降试验,初步勾绘出粘性泥沙在不同含沙浓度下的沉降性态及物理图案,大致可区分为四个区段,即絮凝沉降段、制约沉降段、群体沉降段和密实段。在稳定含盐静水中的絮凝沉速取决于泥沙粒径和类型、含沙浓度、沉距和水温等因素。通过试验资料分析,获得静水絮凝沉速的结构式为式中F为絮凝因子,它表征泥沙粒径对絮凝的影响,可表达为本文还通过对群体沉速的现有公式的分析,建议采用修订过的Richardson型公式。     

泥浆浊液面沉速特性分析及试验研究

悬浊液浊液面沉速与粉细颗粒絮凝作用紧密相关.通过沉降柱试验,建立浊液面稳定沉降段基于泥浆悬浊液浓度与单颗粒沉速的浊液面沉速方程,分析了浊波面的形成原因与沉速影响因素.结果表明:泥浆中土颗粒因尺寸分布差异而在沉降过程中存在层次沉降现象,沉降过程中不同沉降高度处粒组大小、含量均不同;浊液面沉速主要由上层悬浊液次级絮团沉速确定,内部絮团沉速对浊液面沉速无显著影响;颗粒粒径、粒组含量、起始沉降浓度、自重效应、黏滞效应以及絮凝体结构的层次性与差异性均影响浊液面的形成及沉速,其中颗粒粒径与起始沉降浓度是决定絮凝作用程度的决定性因素.     

黏性泥沙不等速沉降絮凝的格子Boltzmann模拟

建立黏性泥沙运动的三维格子Boltzmann模型,对黏性泥沙不等速沉降絮凝过程进行全尺度直接数值模拟,从微观角度分析了泥沙颗粒不等速沉降形成的絮团特性和絮团成长过程。模拟结果与已有实验结果一致。模拟结果还表明,不等速沉降时不同泥沙浓度条件下形成的絮团若大小相近则沉降速度接近,但泥沙浓度对水体中泥沙总体平均沉速有明显影响,泥沙浓度越高,泥沙平均沉速越大,主要是因为泥沙浓度越大,颗粒之间越容易发生碰撞而形成更大、更多的絮团。     

鄱阳湖黏性细颗粒泥沙絮凝特性研究

黏性细颗粒泥沙是鄱阳湖悬浮物的主要组成部分,其絮凝作用对鄱阳湖泥沙冲淤及湖床演变具有明显影响。采用鄱阳湖湖区泥沙的现场样品,通过室内泥沙静水沉降试验对鄱阳湖黏性细颗粒泥沙的絮凝特性进行了分析。研究结果表明,鄱阳湖黏性细颗粒泥沙絮凝临界粒径为0.028 mm;黏性细颗粒泥沙沉降过程包括分选沉降、絮凝沉降和絮凝平衡三个阶段,含沙量越大,絮凝沉降加速阶段持续时间越长。含沙量对絮凝沉速的影响存在临界现象。含沙量0～3 kg/m³范围内絮凝沉速随含沙量增加而增加,而3～5 kg/m³含沙量时对絮凝沉速的影响已不明显。     

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。     

泥沙的群体沉降—两种典型情况下非均匀沙沉速计算

本文讨论了泥沙群体沉速的计算公式、着重分析了非均匀沙沉速确定的两种典型情况:即水流挟沙力计算中非均匀沙的沉速确定,及浆体浓缩或浑水澄清中非均匀沙沉速计算.对于前者颗粒组成中较粗部分对沉速起主要作用,对于后者,颗粒组成中的细颗粒对沉降起主导作用.企图从非均匀沙中找出平均粒径或中值粒径作为代表粒径来计算群体沉速,往往难以符合实际.本文从实际应用角度出发,分析了上述两种典型情况下非均匀沙沉速的确定方法,并有实例验证说明.     

粘性细颗粒泥沙絮凝沉降的初探

粘性细颗粒泥沙的絮凝与沉降问题,牵涉的生产问题比较广泛,如河口海港的淤积等.由于颗粒周围的水中存在电介质,如遇到海水,就产生絮凝团加速下沉.细泥沙产生絮凝的影响因素是很多的,但主要是颗粒表面的电化学作用.根据电化学理论,细泥沙产生絮凝的条件有二个:(i)颗粒间碰撞机率的大小,(ii)吸引势能大于排斥势能.促使悬浮泥沙颗粒间的碰撞的机理有二种:(a)布朗运动,(b)重力沉降.因为本文只分析静水的絮凝沉降,而长江口等泥沙中值粒径大于0.001毫米,属于重力沉降范畴.我们将布朗运动颗粒凝并的理论应用到重力沉降中,导得细泥沙初期絮凝时颗粒凝并数目的计算公式,从而求得凝并前与后的泥沙粒径比值和凝并后的沉速计算公式.利用连云港泥沙试验资料进行计算,与试验值比较,在含盐量较小时比较符合,并导出捕获系数比与含盐量的关系式.又利用长江口泥沙试验资料计算不同含盐量的沉速,与试验值也基本吻合.     

玉清湖水库补水工程防治泥沙措施研究

通过分析黄河来水来沙情况、田山提灌站、济平干渠运用条件,对向玉清湖水库补水方案三种运行工况下的沉沙池沉沙、济平干渠挟沙能力及相关控制指标分别进行分析计算。提出了利用南水北调济平干渠补水泥沙含量控制指标,防止补水期间对济平干渠造成泥沙淤积。并经充分论证后,提出补水结束调水冲渠,置换济平干渠内黄河水的处理措施,防止在静水状态下渠内可能产生的落淤影响。     

南水北调中线河南段水质时空变化及影响因素

依据南水北调中线干渠河南段10个采样点一年的水质监测数据,运用主成分分析法对中线干渠（河南段）水质时空变化进行分析。结果表明：南水北调中线干渠（河南段）水质总体上达国家Ⅱ类水质。从时间上看,中线工程干渠河南段水质处于中营养状态,且冬季水质要比其它季节好,属于Ⅱ类上乘水质,夏季水质最差,水体中氮、磷和其它有机物含量较高。从空间上看,南段为Ⅱ类上乘水质,离水源地越近,水质越好,北段水质最差。影响水质的关键自然因子从强到弱依次是水温、气温、月降水量、气压和PM10,其中,水温、气温、月降水量越高,水质越差,气压和PM10越大,水质反而越好。但在不同区段和不同季节影响因子的强度和方向又存在较大区别。污染物质主要是氮、磷和有机物。由于干渠两侧没有地表水注入干渠,所以干渠水质主要受水源地污染物、沿渠大气沉降和大气污染溶解的影响。建议加强水源地面源污染治理和干渠沿线大气污染防治,保证南水北调中线水质。     

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。     

塑料沙静水沉速的试验研究

本文重点论述塑料颗粒在静水中沉降运动的规律,阻力特性以及阻力系数变化规律,并得出各流区的沉速公式。实验资料表明,塑料颗粒的阻力系数曲线与天然沙十分相近,因而除过渡区外,滞流区和紊流区的沉速公式与天然沙基本一致。比重不同的影响,仅在划分流区的粒径界限有所差别。根据塑料颗粒出现的漂浮和上浮现象,作者认为,滞流区的沉速公式只能适用于直径为0.10～0.35mm的塑料颗粒。     

湖泊底泥絮凝沉降试验研究

湖泊底泥的运动过程产生了内源污染,加剧了湖泊生态环境的恶化。研究湖泊底泥在风浪作用下悬浮后再沉降的运移规律,可为了解湖泊水质变化成因以及开展生态环境治理提供技术支持。本课题采用有机玻璃制作的沉降桶,在静水条件下对太湖、龙感湖、巢湖的底泥进行了沉降试验,研究3个湖泊的水体在不同初始含沙浓度和不同水深条件下含沙浓度的变化,分析了3个湖泊淤泥的沉降规律,近似代表天然湖泊的底泥运动状态。试验研究表明3个湖泊水体中悬浮泥沙的沉降均为絮凝沉降,其沉降过程和沉速与单颗粒泥沙相比均发生了量和质的变化,悬浮泥沙絮凝平均沉速随沉距、含沙浓度的增大而增大。最后得出3个湖泊底泥的沉降速度,其研究结果可为采用絮凝沉降法改善水质环境提供参考依据。     

粗颗粒在粘土浆液中的沉速

颗粒的沉速是泥沙运动中的一个重要参数。诸如悬移质泥沙含沙量的垂线分布和沉淀落淤速度、悬移质与推移质的判别和相互交换……,都与这一参数密切相关。已有的研究表明,颗粒的粒径、比重、形状以及容器的边壁、含沙量等都对颗粒的沉速有影响。对于一定粒径、比重、形状的颗粒说来,含沙浓度特别是粘土颗粒含沙浓度的大小对其沉速的影响最大。天然河流的高含沙水流多数可以看成是粘土浆液挟带粗颗粒泥沙的运动。因而,粗颗粒在粘土浆液中的沉速是高含沙水流研究中的一个基本问题。本文将着重研究这一问题。     

抛石沉降附加历时及其对漂距的影响分析北大核心CSCD

沉降附加历时是指抛石按实际变速沉降与以稳定沉速匀速沉降之间存在的历时差,目前还没有深入研究。基于抛石沉速和行程的理论方程式,引入沉降形阻系数、单径稳降历时和粒径水深比等参数,简化了抛石沉速和行程的理论公式结构,给出了沉降总历时和附加历时的精确解及等同的近似解,建立了沉降附加历时无量纲关系式和平均沉速理论计算式。实例分析表明,沉降附加历时比随着粒径水深比呈线性增加。基于流速垂线均匀分布的漂移速度和漂距方程,建立了相对漂距与佛汝德数和粒径水深比的无量纲表达式。分析结果表明,当粒径水深比为0.01~0.05时,忽略附加历时可使漂距偏差达到5%~50%,当粒径水深比为0.1时,偏差甚至超过100%。     

平流式沉淀池的悬浮物去除率计算

一、悬浮液的沉降特性及其测定给水与排水的悬浮液中,有着很多不同大小、形状、重度的颗粒,这些颗粒各具有不同的沉速与数量,并带有凝集性,它在沉降过程中还将由于絮凝作用与干扰影响而改变沉速,这些属性的总和决定了悬浮液的沉降特性。由于一定颗粒的沉降规律不能反映悬浮液的沉降特性,所以在实际工作中我们所感兴趣的是研究悬浮液的沉降特性,据以设计和预测去除颗粒的大小、各级颗粒的去除率和悬浮物的沉淀百分值,因而在实用上常根据一定水质的悬浮液测定它的悬浮物的沉速分配。     

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。     

附着性藻类生长-迁移模型及其在南水北调中线工程中的应用

附着性藻类广泛存在于自然水体中,有很强的生命力且能通过释放孢子/配子等多种方式进行繁殖与迁移。传统附着藻类生长模型往往仅考虑了藻类生长过程及水动力影响,但藻类的繁殖迁移过程也是附着藻类生活史的重要部分。通过在传统附着藻类生长模型中引入繁殖迁移过程,构建了适用于附着性藻类的生长-迁移模型,并通过相关实验结果进行了率定验证。针对南水北调中线工程中藻类增殖问题的定性研究表明：当干渠内水流流速小于0.4 m/s时,附着藻类容易大量增殖,故附着性藻类容易聚集在水渠弯道处及两侧边壁。通过增大总干渠输水流量可提高渠内水流平均流速,从而控制渠内附着藻类平均生长密度,当干渠流量为350 m³/s时,干渠中附着藻类平均密度仅为流量为180 m³/s时的20%。模拟结果符合南水北调中线工程中附着藻类的实际分布规律,研究成果可为南水北调中线工程中附着性藻类增殖问题的进一步治理提供参考。     

混合沙沉降特性的试验研究

该论文通过对含有粘性颗粒的混合沙进行多次实验,详细观察了混合沙在静水中的沉降性状,作者运用“沉降历时线法”,分析指出在含有粘粒的混合沙沉降经历变速段,恒定段和受阻段,揭示了含粘粒的混合沙沉降的一些重要特性,这对于进一步分析粘性泥沙静水沉降特性将是有益的,读了颇受启发。但我觉得作者对常用的沉速计算方法的认识以及认为“沉降历时线法比前两种计算方法更能反映实际沉速”的意见还是值得商讨的。     

基于摄动理论的泥沙群体沉降公式研究

国内外许多学者对单个颗粒泥沙沉降公式进行了大量的实验研究和分析,鉴于单个颗粒的沉速与群体沉降可以相差10倍,目前泥沙群体沉降公式大多为经验表达式,因此,深入研究群体颗粒泥沙沉降公式有重要的意义。考虑到在群体泥沙沉降中粗细颗粒粒径大小对泥沙沉降公式的影响,基于摄动理论和最小二乘法,在泥沙群体沉降一般模式的基础上,提出一种新的泥沙群体沉降计算模式。通过对现场实测资料和水槽试验数据进行计算拟合,并与其它经典公式相比较,发现所推导的公式要优于后者。研究结果表明:针对群体泥沙沉降中粗细颗粒粒径大小,考虑其颗粒间的相互影响,按群体泥沙颗粒粒径大小范围分别考虑,是一种群体泥沙沉降计算比较有效的途径。