三维分形絮团沉降的格子Boltzmann模拟

黏性泥沙絮团的形成机理和沉降特性对河口海岸细颗粒泥沙运动规律研究具有重要作用。为了从微观结构出发研究絮团运动机理，由扩散受限絮凝体聚集模型生成不同大小的分形絮团，引入格子Boltzmann方法模拟三维分形絮团的静水沉降，获得了絮团沉速的变化过程。比较格子Boltzmann算法模拟结果与采用盒子计数分维数的 Winterwerp絮团沉速公式，发现二者有较好的一致性，表明格子Boltzmann模拟方法可应用于河口海岸环境中的黏性泥沙运动研究。     

絮团与颗粒不等速沉降碰撞研究

絮团和单个颗粒的碰撞、粘结规律对于深入理解粘性泥沙不等速沉降引起的絮凝具有重要意义。在暂不考虑絮团与颗粒间相互作用力的条件下,用不同密度球形颗粒近似描述絮团,利用格子Boltzmann方法模拟了不同密度絮团和单个颗粒静水沉降过程,分析了絮团和颗粒相对运动轨迹和碰撞效率。模拟结果表明,絮团和单个颗粒不等速沉降碰撞过程中,当较大粒径的絮团沉降速度快但密度较小时,单个颗粒相对于絮团运动可能形成封闭轨迹,絮团和颗粒间粘结概率几乎为零,絮团很难通过捕捉单个颗粒而形成更大絮团。     

泥沙絮团结构的试验研究综述

承接《泥沙研究》2015(5)黏性泥沙絮团强度的试验综述,絮团结构与絮团强度密切相关,是动水条件下表现出的絮团强度的微观解释。絮团结构,即絮团内部链接键的数量、强度和链接方式。总结了以往絮凝试验研究中对于絮团结构的量化描述以及相应研究进展。     

黏性泥沙絮网结构形成过程研究

黏性泥沙的沉降和沉积过程是泥沙运动力学的一个重要研究内容。采用连云港徐圩港区航道淤积物,分别在30cm高量筒和200cm高自制沉降筒中进行了静水沉降试验,观测了清浑水交界面的形成和沉降过程,测量了沉降过程中清浑水交界面以下含沙量垂向分布。通过分析试验结果,提出了一种根据清浑水交界面沉降速度判定絮网结构形成的新方法,并据此初步解释了黏性泥沙沉降过程中制约沉降、絮网沉降和絮网密实三个不同沉降阶段絮团间作用的差异。     

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。     

斜管沉淀池结构参数优化的理论分析

研究认为斜管沉淀池的结构参数(管径d、管长l、倾角θ)和控制参数(表面负荷q、管内流速-v)影响沉淀效率.分析了进入斜管内絮体的运动轨迹,并借助姚氏特征参数推求设计参数对临界沉速u0的影响情况;同时,对沿斜管内壁下滑的絮团进行受力分析,求取其对结构参数的最低要求.结果表明,u0与表面负荷q成正比,且存在满足絮团下滑条件的最大q;综合考虑絮体沉降和絮团下滑,不同q下存在较优管径d;考虑管长方向上的比临界沉速,斜管长度l可以选择为1.2～1.4 m;q相同时,斜管倾角为35°～60°能基本满足絮团下滑的要求.     

黄河泥沙的絮凝形态学和絮体构造模型问题

从黄河高浊度水在高分子絮凝剂作用下的干扰沉降现象出发，叙述了黄河泥沙颗粒与高分子聚合物链状分子间的吸附作用、黄河泥沙絮凝过程的比表面积模型。结合分形理论在絮凝形态学中的应用，对有限扩散凝聚、弹射凝聚和反应控制凝聚等三种凝聚模型进行了简介，同时讨论了絮体的分形和高分子聚合物的分形。文章对几种分形维数的计算方法作了简介。以黄河泥沙颗粒絮凝后形成的微小絮体为代表，讨论了絮体的构造模型，以及自由沉降和干扰沉降状态下，不同的絮体构造模型及模型的适用可能。     

黄河泥沙架桥絮凝聚集体的分形

处理含沙量在20～30kgm3以上的高浊度水,必须采用高分子絮凝剂进行固-液分离。在这些工艺中架桥絮凝是最常见的颗粒凝聚机理。然而,对有关架桥絮凝体的构造特性知之甚少。本文采用沉降技术并结合黄河泥沙架桥絮凝体的电镜照片,对絮体分形特征进行了研究。从沉降实验数据求得稳定态泥沙絮体质量分维D3=1930±005,这表明絮体具有高度多孔的分形构造。运用分维模型及图像处理技术得到的二维分维值D2证明,如果假定所有的泥沙絮体在层流范围沉降,则会低估了质量分维值。     

黏性泥沙絮团强度的试验研究综述

絮凝是河口地区水沙交换过程中极为重要的一环,动水絮凝过程可概括为:颗粒碰撞—有效碰撞黏结—絮团重构—絮团破裂—絮团再形成,最终絮团达到动态平衡状态,这是絮团强度在紊动剪切作用下的结果。从絮团强度的试验研究角度回顾了国内外研究进展,此方面研究多围绕絮凝的影响因素与絮团强度的特征参数之间的定性规律、经验或半经验定量关系的角度展开,采用不同的观测装置、设备和技术,以期对絮凝动力学得到更为深入的认识。     

黏性泥沙絮团形态的模拟研究

基于耗散粒子动力学方法,通过构造作用力场势函数,模拟计算了不同电荷量及泥沙浓度条件下黏性泥沙的絮凝过程,得到了在范德华力、静电力以及氢键力作用下,负电性泥沙颗粒絮团形成过程及三维结构形态。结果表明,絮团内部非键能的变化是导致絮团外部形态变化的内在原因。泥沙颗粒表面的负电荷量越大,非键能越大,形成初始絮团所需要的时间越长。在泥沙颗粒黏结絮凝过程中,非键能与分形维数减小,絮团中泥沙颗粒数目增多。在一定的絮凝时间内,低电荷泥沙形成的絮团中泥沙颗粒数目明显大于高电荷量下絮团中泥沙颗粒数目。泥沙颗粒表面负电荷量大的泥沙形成的絮团分形维数大于负电荷量小的絮团分形维数。水沙体系中泥沙浓度越大,最终形成的絮团个数越少,絮团结构越密实。     

中国内地水库淤积的差异性分析

为了解水库的淤积现状,根据115座具有代表性的中国内地水库淤积资料,对这些水库按类型和区域进行统计分析,结果表明,中小型水库比大型水库淤积严重,不同流域水库淤积的空间差异明显,黄河中下游地区水库淤积比例最大,西南地区水库年均淤积率最大。截止到2003年,根据代表性水库淤积的计算结果推算出中国内地水库的平均淤积比例约为20%,库容年均淤积率为0.76%,相当于每年损失1座库容近42.3亿m3的超大型水库。     

淤积条件下污水排放口工程上升管喷口高度的确定

结合上海市污水治理二期工程实例，利用泥沙运动相似理论，通过水力模型试验，从环境泥沙淤埋在上升管喷口上的最不利条件出发，分析喷口射流对泥沙的冲淤规律，提出喷口射流冲淤临界流速的概念；对试验数据进行相关分析，得出喷口射流冲淤的经验关系式，提出浅水域淤积条件下污水排放口工程上升管喷口高度确定方法.     

水库淤积初步平衡问题

水库淤积平衡问题对于确定淤积危害程度、可持续利用标准等都非常重要。本文通过分析大量已建、在建和规划水库淤积情况,对水库淤积初步平衡后淤积变化趋势与设计淤积标准等问题进行了讨论和商榷。研究表明,水库淤积初步平衡后,兴利库容淤积发展仍然很快,库尾河床与水位抬升仍在继续,并未最终稳定。水库淤积平衡应该更加注重兴利库容淤积情况和库尾河床与水位抬升趋势,仅仅关注总淤积量变化情况是不够的。从区域长远利益考虑,大江大河上的水库设计淤积年限还应大大加长。     

Reservoir sedimentation and mitigation measures

The biggest threat to reservoirs after their construction, which can reduce their capacity, life cycle and water quality, is sediments carried inflowing streams. The sediment volumes in four reservoirs in Central Macedonia, Greece, were measured in this study. These measurements indicated the study reservoirs are under serious threat from sedimentation. Appropriate measures to protect these newly formed reservoirs from sedimentation also are proposed.     

水库泥沙淤积与整治探析

水库作为民生饮用水,由于自然环境污染,不同程度的泥沙淤积和管理体制的弊端,加之土地资源的紧缺,对造成水库淤积的内因和外因进行论述,提出了弄清水库淤积的状况,采取的治理措施。     

黄河小浪底工程泥沙问题的研究

本文系统地研究了原型沙和模型沙（电木粉）的基本运动特性。首次提出了可应用于高含沙水流模型试验的相似关系，据此理论建造了黄河小浪底枢纽１:８０的正态泥沙模型。研究了小浪底工程不同运用阶段的泥沙问题。同时，还重点研究了高含沙异重流和泄水建筑物的防淤堵问题。     

鲁北地区河流泥沙淤积分析及对策探讨

中国多泥沙的河流众多,泥沙问题非常严重.泥沙淤积河流使防洪能力降低,侵蚀良田使其荒漠化,水沙灾害严重地制约着国民经济的持续快速发展.本文通过对鲁北区主要河流泥沙淤积的分析,探讨河流泥沙淤积的规律,为水利工程建设、河道治理与防洪调度提供决策参考.     

基于主成分回归分析的河道淤积成因研究

针对长江流域下游平原感潮河网地区河道淤积受自然条件和人类活动诸多因素交叉影响的特点,综合分析区域内中小河道淤积的影响因素并按重要程度排序,以便制定相应的控制对策。选取上海市青浦区作为研究区域,监测区域内33条河道2006~2010年的淤积情况,结合监测期间的水文、气象以及土地利用等资料,运用主成分回归分析方法和MATLAB软件进行计算对比。结果表明,监测河道附近的人类活动所引起的水土流失、垃圾排放和水体污染等是导致区域内中小河道产生淤积的主要因素。     

黄河中下游大型水库对下游河道的减淤作用

本文采用泥沙数学模型分别对小浪底水库单独运用以及小浪底与古贤水库联合运用的20个可能运行方案条件下,黄河下游河道的冲淤过程和发展趋势进行了计算研究。结果表明,在黄河上修建大型水利枢纽工程对减轻黄河下游河道淤积,遏制河床抬升具有明显作用。结合三门峡水库运用以来的实测资料,分析了大型水利枢纽工程运用与下游河道演变的内在规律,建立了小浪底水库出库水沙与下游河道泥沙冲淤的量化关系,给出了维持下游河道冲淤平衡的临界条件,为通过大型水利枢纽工程运用来减轻黄河下游河道泥沙淤积提供科学依据。     

长江泥沙的来源,输移和沉积特性分析

本文依据大量原型观测资料和分析研究成果,论述了长江泥沙的来源、输移及沉积特性。文中对影响流域产沙的气候条件、下垫面条件及人类活动等项主要因素进行了分析,并根据近期资料统计,长江流域的土壤侵蚀总量为22.39亿t。流域产沙具有泥沙输移比小和产沙地区集中两个基本特征。河流泥沙的沉积主要为水库淤积、湖泊沉积和河床的冲淤。