水库疏浚底泥絮凝沉降室内试验研究

泥浆絮凝沉降效率是影响湖库疏浚工程进度的重要因素。为探索不同絮凝剂(有机、无机)对疏浚泥浆絮凝沉降效率的影响,以通济桥水库疏浚底泥为研究对象,通过室内试验先分析1种有机絮凝剂(PAM)和5种无机絮凝剂(PAC,FeCl₃,Na₂CO₃,Na₂SiO₃·9H₂O,KAl(SO₄)₂·12H₂O)单独作用下疏浚泥浆的絮凝沉降效果及上清液水质的优劣情况,然后对有机、无机絮凝剂进行优化组合试验,确定絮凝沉降效果和上清液水质最优的设计配比方案。试验结果表明:①PAM可以有效促进疏浚泥浆土颗粒的絮凝沉降,但对上清液的去浊率较低;CO₃^2-可以促进细颗粒絮凝结合成大颗粒,提高颗粒的沉降速率;Fe³⁺,Al³⁺具有改善上清液浊度的作用,但对促进泥浆絮凝沉降效果有限。②每1 000 mL疏浚泥浆中采用10 mL PAM+2 g PAC+2 g Na₂CO₃的有机-无机絮凝剂组合为最佳方案,既能快速促进疏浚泥浆的絮凝沉降,又能有效降低上清液的浊度。试验成果可为类似疏浚工程中选择絮凝剂最佳配比方案提供参考。     

不同环境条件对土壤细颗粒絮凝沉降的影响研究

水体中土壤细颗粒凝聚直接影响着泥沙颗粒沉降、搬运和淤积等过程,对物质生物地球化学循环起着十分关键的作用。采用吸管法和正交实验分析了不同环境因素对黄壤和紫色土细颗粒絮凝沉降的影响。结果表明：土壤细颗粒沉降分为快速沉降和慢速沉降两个阶段;在正交设计值范围内,随着电解质浓度升高,黄壤和紫色土平均沉降速度〖AKω-〗均减小;随着温度升高,黄壤的〖AKω-〗基本不变,紫色土的〖AKω-〗由先快速减小逐渐变稳定;pH值对两种土壤细颗粒絮凝沉降影响较大;BaCl₂电解质体系土壤的颗粒平均沉速约是NaCl电解质土壤的2倍,而与AlCl₃电解质土壤的沉降效果相差不大。获得的两种土壤细颗粒最佳絮凝条件为三峡库区水体生态环境安全提供了基础数据。     

高含沙浑水在絮凝剂作用下的絮凝沉降试验研究

电厂净化站排出的泥水加入高分子聚丙烯酰胺(PAM)絮凝剂后,改变了泥沙颗粒的自然沉速。通过试验找到净化站排向沉淀浓缩池的浑水含沙量、加药量、加药泥沙沉淀的时间及絮凝沉速之间的关系,从而为净化站的泥沙沉淀浓缩池运行提供最优的排泥方案。泥沙混凝静沉试验研究结果表明:不同含沙量的泥沙沉速并不是与加药量成正比,而是存在一个使泥沙沉降最快的最佳加药量;这一最佳加药量随着泥水含沙量的增加而增加;并且每增加单位含沙量所对应的加药量相对有所减少。模型中的高含沙浑水动沉絮凝沉降试验结果表明,其最佳加药量与室内絮凝静沉试验的加药量相一致。     

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。     

河湖淤泥絮凝沉降特性试验研究

絮凝沉降性能是河湖疏浚淤泥资源化处理中重要且未完善的研究课题。以武汉沙湖、官桥湖及南湖3种淤泥为研究对象,通过沉降筒试验,利用清浑交界面沉降速度和上清液浊度研究了粒径分布、初始含沙量及高分子聚合物对河湖淤泥絮凝沉降特性的影响规律,并探讨了沉降筒尺寸对试验结果的影响。试验结果表明:河湖淤泥粒径越小,淤泥絮凝沉降越慢,上清液浊度越小;随初始含沙量的增加,河湖淤泥整体沉降速度变小,但当初始含沙量增加到一定值后,初始含沙量的影响作用开始变弱;高分子聚合物会促进河湖淤泥絮凝沉降;沉降筒尺寸虽然对试验结果略有影响,但对于分析河湖淤泥絮凝沉降特性无较大影响。研究河湖淤泥絮凝沉降特性对于河湖通航、蓄洪、水质修复、疏浚淤泥的处理均有重要意义。     

粗沙高含沙浑水的沉降特性及粗泥沙的群体沉速

由粗沙高含沙浑水的静水沉降试验资料，分析得出只有在含沙量接近极限含沙量时，垂线含沙量及级配分布才会均匀稳定，并与前人在水槽形成层移质的体积比含沙量Ｓｖ＝０．４５一致；含沙量小于极限含沙量时，垂线含沙量及级配分布都有梯度。通过分析论证，发现若用浑水的容重、粘性代替清水的容重、粘性，则沙玉清介流区单个球体沉速公式可用以计算粗颗粒泥沙的分组群体沉速。     

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.     

排入湖泊的含沙水流三维运动特性研究

本文采用拉格朗日法，考虑泥沙颗粒水体的托曳力，浮力、压差力和附加质量力的合力作用，并用随机方法计入流体紊动的影响，建立颗粒随机运动轨迹方程。采用三维k-ε模型模拟流场。本文以一抽水蓄能电站为例，预测了在抽水情况下排入上池湖泊中的五个粒径组的泥沙在不同时刻的运动轨迹、速度及在三维空间上的体积浓度分布，预测了各种粒 径沙粒可能沉降的位置。     

颗粒的群体沉降特性

本文在前人研究的基础上，针对泥沙颗粒非球体形态的事实，建立了包含形状影响因素在内的粒子的群体沉速公式，并较为有效地解释了现有公式指数不统一的内在缘由，经对实测资料验证表明，公式具有更好地适应性，对于解决有关的实际问题是有实用价值的。     

基于絮凝动力学的泥沙絮凝沉降规律研究

泥沙絮凝是一个极为复杂的过程,与泥沙浓度、颗粒表面化学性质和水环境密切相关。而现有的泥沙絮凝沉降动力学模式多采用一级模式,其絮凝速率系数往往通过实验数据拟合得到,缺乏一定的理论基础。基于DLVO理论的絮凝发生条件及胶体理论中的絮凝动力学原理,推导出静水条件下泥沙絮凝动力学方程和絮凝速率系数,由此得到絮凝过程的半衰期及絮凝平均沉降速度等参数。实验数据验证表明：推导的絮凝动力学方程计算结果与实验数据较为吻会,且影响因素考虑较为全面,推导出的絮凝速率系数表达式中将扩散系数、泥沙含沙量、离子浓度、分形维数和颗粒粒径等相关物理参数关联起来,更能体现絮凝的实质。     

PIV直接测量泥沙沉速试验研究

本文应用激光测量仪器PIV对长江口水库泥沙水样在沉降筒中进行沉降速度场测量,得到了平均的泥沙沉速,并分析了含沙量、絮凝等因素对泥沙沉降的影响。同时通过试验发现PIV直接测量泥沙沉速是一种可行的、有效的试验方法。     

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．     

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。     

泥沙沉降机率和冲刷系数分析

从泥沙沉降机率和冲刷系数的分析出发,研究探讨近底泥沙通量,定义了临界淤积含沙量和临界冲刷含沙量以及沉降机率和冲刷机率,导出了具有相似性的底泥沙通量的两种表达式,得出了冲刷系数是一个与沉降速度和含沙量等相关的系数,泥沙沉降机率应细分泥沙冲刷机率和泥沙沉降机率,挟沙力介于临界淤积含沙量和临界冲刷含沙量时,冲淤平衡。另外应存在临界淤积含沙量和临界冲刷含沙量。     

基于光谱特征的长江口细颗粒泥沙絮凝体投影表面积和沉速分析

2009年5月23日-6月2日在长江口南槽九段沙水域,利用便携式地物光谱仪和现场激光粒度仪分别测量了水体光谱反射率和细颗粒泥沙絮凝体现场特性以研究两者之间的关系,测量时同步采集了水样测量悬沙浓度（ssc）。研究显示：①水体光谱反射率随絮凝体投影表面积（PSA）的增加而增大,光谱曲线在350-950nm波段间存在两个明显反射峰,分别以690～720nm和810nm波长为中心;②絮凝过程改变细颗粒泥沙的水体反射光谱特征,导致SSC与光谱反射率的相关性低于PSA与光谱反射率的相关性。PSA与波长〉715nm波段光谱反射率的相关性r〉0．7,p〈0．01;⑧可选择常用卫星遥感可见光、近红外通道范围,且PSA与光谱反射率相关性较高的波段,建立PSA与单波段光谱反射率和多波段光谱反射率组合比值的拟合关系式,其中单波段860nm（r=-0．9227,p〈0．001）和860／670多波段组合（r=0．9373,p〈0．001）的指数方程预测效果均最优;④构建了光谱反射率与絮凝体沉速间的幂函数拟合关系式（r=0．8337,p〈0．001）,为监测长江口大尺度区域絮凝体PSA和阢的空间分布和动态变化提供了一种新的方法。     

固体颗粒的群体沉降速度分析

从流体力学原理出发,数值模拟非均匀沙随机分布对流场的影响,推导出固体颗粒群体沉速的理论解。该公式不仅量纲和谐,浓度变化不超过极限浓度值,能反映含沙量与非均匀沙级配变化对群体沉速的影响,而且可避免其它公式量纲不和谐,计算中出现负值或降得过快的缺点。采用黄河实测资料对该公式进行了验证,计算结果与实测资料基本符合。     

台湾集集堰沉沙池泥沙浓度与浊度率定关系研究

水体浊度观测为水环境及水资源领域中之例常观测项目,泥沙浓度则为水资源及水利工程中重要之水文观测数据。浊度数据对于水生态环境、水资源利用评估及公共用水营运,为极重要判别指标 泥沙浓度数据则为集水区保育及河道稳定评估规划所需之重要基本数据。现行浊度观测方式及仪器,相对于传统泥沙浓度之观测,其仪器自动化程度高、价格较低,且设站较为简易方便且普遍。虽河川中悬移泥沙浓度与浊度之物理定义不同,但在工程实务应用上仍有许多泥沙浓度数据以浊度数据来替代表示。本文研究特定水沙条件下之浊度与浓度率定关系,并以集集拦河堰为案例,探讨试样水体浊度、浓度观测数值在不同含沙量条件下之对应及量化关系规律,并依ISO标准规范,进行不确定度分析及误差分析。研究成果显示,浊度观测方式之重现性及精度良好,且浊度与浓度测值间对应率定关系明确,但此率定关系与泥沙类别、泥沙粒径及分布组成条件密切相关。参照本研究所提出之泥沙浊度与浓度观测之率定关系规律,可以利用现已普遍设站之水质观测站之浊度观测数据,建立推估特定流域河道之水、沙特性关系。     

关中平原区细沟水流侵蚀产沙研究

为了研究关中平原区坡面细沟侵蚀过程,利用定水头冲刷试验,系统研究了6个坡度(2°、4°、6°、8°、10°、12°)、5个流量(8L/min、16L/min、24L/min、32L/min、40L/min)工况下的细沟水流含沙量及其与各水动力学间的耦合关系。结果表明:不同流量和坡度下,细沟断面流速随细沟断面的增加而呈波动性增加。断面流速与流量及断面呈显著性相关,而与坡度和平均含沙量相关性不大;不同流量和坡度条件下,含沙量随冲刷历时的增加,先急剧降低,然后呈微小波动趋势,最终归于稳定。含沙量与流量和坡度呈显著幂函数关系增加;挟沙饱和系数K变化范围为10.17~295.66,对应的不淤保证率约为73%。K随流量和坡度的增大逐渐增加,但增加的趋势逐渐减缓。由此可知,挟沙水流的剥蚀能力是有限度的。     

长江口南槽粘性细颗粒泥沙环形水槽试验研究

粘性细颗粒泥沙在盐淡水混合区域遇电解质海水发生絮凝,从而改变了泥沙原有的沉降特性.选用长江口南槽悬沙,在双向环形水槽中进行盐度、含沙量、流速等不同条件下组合实验.结果表明:不淤流速与泥沙粒径密切相关,而含沙量、盐度等条件可以忽略,多种组合条件下均表现为50～60 cm/s;沉降速度随着断面平均流速的增大而逐渐减小;平衡含沙量与流速呈对数关系,低流速条件下盐度影响较大;泥沙的淤积百分比与流速表现为二次曲线关系,淤积量与盐度并非成严格正相关关系,而是与流速、含沙量等因素关系较密切,且在低流速情况下与初始含沙量关系不大.