含离子浓度参数的粘性泥沙沉速公式研究

以长江为例分析了河流中的水化学特性,得出河流中影响粘性泥沙沉速的主要是Ca2+。阳离子影响泥沙沉速的主要原因是粘性沙的絮凝。对泥沙絮凝沉降过程进行理论分析,推导出絮凝沉速与离子浓度之间的关系式。并且根据试验结果确定以Ca2+浓度为参数时经验关系式中的系数值。用实测的沉速对絮凝沉速公式进行了初步的验证。验证结果表明,用张瑞瑾沉速公式计算结果与实测结果相差很大,而絮凝沉速公式计算结果与实测结果相符合。     

AlCl3对细颗粒泥沙絮凝沉降的影响

铝类絮凝剂对细颗粒泥沙絮凝沉降有重要作用,常应用于浑水澄清、农业污水处理等研究中。在AlCl₃浓度为0～1.7mmol/L,泥沙浓度为10g/L时,用吸管法研究了AlCl₃对细颗粒泥沙絮凝沉降的影响,结果表明:在液面下同一深度,泥沙浓度随时间呈指数衰减;悬液经多次搅拌后再沉降,其沉速减缓;当AlCl₃浓度为0.9～1.7mmol/L时,出现明显的清浑水交界面,交界面随时间等速下降,平均沉速为4.756cm/min,对应的絮团平均粒径为0.0315mm;土娄土絮凝临界粒径为0.027mm。     

水流紊动对泥沙絮凝的影响

主要研究水流紊动对泥沙絮凝的影响。认为水处理方面的絮凝动力学理论可用于研究泥沙絮凝问题。根据试验实测资料及国外有关试验结果研究表明,在紊动状态下,泥沙絮凝存在两个阶段,每个阶段中紊动对泥沙絮凝的影响也有所不同。     

曲线拟合的Hamilton原理及在泥沙阻力系数研究中的应用

将力学中的Hamilton原理推广于曲线拟合,提出了一种曲线拟合的新方法——应用Hamilton原理作曲线拟合,并以泥沙阻力系数为例,具体说明了本原理的应用.     

粘性泥沙分层运动特征的试验研究

应用水槽试验研究了粘性泥沙的运动特性及水流条件和泥沙浓度对粘性泥沙运动的影响。实验结果表明,在一定的水流和泥沙浓度条件下,粘性泥沙运动存在着特殊运动形式——"分层运动","分层运动"形成时水槽中泥沙浓度沿垂线分布成"阶梯"形状,水流流速沿垂线分布为中部最大,向水面和水槽底部方向流速减小。分层运动的形成及其特征与水流条件泥沙浓度等因素密切相关,不同的泥沙浓度下形成分层运动的水动力条件不同,泥沙浓度增加,形成分层运动的水流强度也相应增加。     

前处理方法对积雪样品主要阳离子浓度的影响研究北大核心CSCD

积雪作为大气固态降水过程的主要形式,是反映大气化学成分的良好媒介。然而,积雪样品在采集后的不同储存和处理方式可能会影响其原始信息的获取。本研究采集青藏高原腹地纳木错地区的积雪样品,使用不同前处理方法探究其对主要阳离子浓度的影响。结果表明:积雪样品融化后第3天及更长时间,使用不过滤的前处理方式会使测试结果明显偏离实际值。过滤操作能规避碳酸盐矿物溶解对Ca2+、Mg2+和Sr2+的富集,减少对大陆粉尘来源贡献的高估;对K+和Na+的影响则主要通过黏土矿物与水体间的离子交换实现,使得前者浓度降低、后者升高,从而可能低估生物质燃烧源的贡献、高估海盐输入。就不同孔径的滤膜而言,0.20μm滤膜过滤效果优于0.45μm滤膜。过滤后溶液的大部分离子在冷藏或常温存储的前10天变化较小(<10%)。综上,本文建议积雪样品在融化后当天使用孔径为0.20μm的滤膜过滤,滤后溶液存储方式可选择冷藏或常温保存,并在10天或更短时间内完成测试。     

阳离子对蒙脱石胶体絮凝的影响

蒙脱石胶体的絮凝受水中阳离子的浓度和类型的影响,通过配置不同浓度的NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2溶液,观察蒙脱石在溶液中的沉降过程,发现随钠、钾离子浓度增加,蒙脱石絮凝作用增强;而钙、镁离子对于蒙脱石絮凝存在临界值,大于该临界浓度反而使胶体重新稳定,由Zeta电位可知,是由专属作用导致;小于临界浓度的规律同一价阳离子相同;离子类型对蒙脱石体积膨胀也有影响,在同等浓度梯度下,体积膨胀量大小顺序为NaCl KCl MgCl2 CaCl2。Zeta电位试验结果表明导致絮凝的原因是悬液状态下阳离子化合价和浓度使蒙脱石颗粒双电层厚度发生改变。     

紊流对粘性细颗粒泥沙絮凝影响

以分形聚集生长模型为基础,通过三维模拟泥沙颗粒在布朗运动、重力沉降和紊流作用下的碰撞、粘结和破碎过程,探讨了紊流对粘性细颗粒泥沙絮凝速度、絮团平均粒径及分形维数的时空影响。试验结果表明:紊流作用下,泥沙絮凝及絮团平均粒径的变化可分为加速段、等速段和减速段,絮凝等速段的作用时间及粒径等速增长段的速度均随紊动强度呈先增后减的规律,且中部区域的絮凝速度和絮团平均粒径较小;泥沙絮团分形维数随水流紊动强度的增加逐渐增大,最终趋于稳定,随时间呈先减后增的规律。模拟空间下部区域分形维数最大,上部次之,中部最小。     

水流和电解质对黏性泥沙絮凝沉降影响试验

为探索河口海岸地区水流和盐度共同作用对黏性泥沙絮凝沉降的影响,以泥沙浓度和絮团粒径为参数,采用自制的同轴旋转双筒产生运动水流和外加电解质的方法,研究6个水流强度（0 s-1、1.38 s-1、2.54 s-1、4.67 s-1、7.19 s-1、13.2 s-1和20.3 s-1）和3种电解质（NaCl、CaCl₂、AlCl₃）作用下的黏性泥沙絮凝沉降过程。试验结果表明:① 水流对黏性泥沙絮凝沉降的影响与其强度相关。低强度水流（水流强度小于4.67 s-1）表现为初期促进、中后期阻碍的规律;高强度水流则由于强水流剪切力和自上而下的紊动掺混作用始终起阻碍作用。② 电解质的存在将分别增强和减弱高、低强度水流所起作用;相同浓度下,当阳离子化合价从+1价变成+3价时,水流的影响作用更明显,尤其体现在稳定段。     

泥沙颗粒表面电荷特性及其对干容重影响试验研究

采用黄河及长江中的沙样在不同Ca2+浓度下分别进行电位滴定试验和干容重试验,得到以下结论:①随Ca2+浓度的增加,泥沙颗粒表面负电荷先不断减少然后趋于不变。②Ca2+对泥沙淤积干容重的影响可分为三个阶段:第一阶段干容重减小;第二阶段增加并达到最大值;第三阶段减小最后趋于不变。③在Ca2+浓度相同条件下,泥沙浓度对淤积干容重的影响根据所加Ca2+浓度不同也呈现不同的变化。④Ca2+浓度、泥沙浓度相同时,中值粒径越大干容重越大,且中值粒径大的泥沙干容重达到最大值所需Ca2+少。⑤在不同Ca2+浓度下泥沙颗粒由于表面电荷不同造成静电斥力不同,同时表面水膜作用力也不同,二者共同作用使得干容重体现不同的变化。     

泥沙影响流速分布规律的试验研究

挟沙水流中泥沙颗粒的存在将影响水流的紊动结构,并进一步影响水流流速分布。采用超声流速仪MicroADV测量挟沙水流的时均流速沿垂线分布,分析了在不同水力条件、不同泥沙条件(包括泥沙浓度及颗粒粒径)下泥沙与水流相互作用对流速沿垂线分布的影响,在此基础上,考虑到现有流速分布公式在实际河道水流流速沿垂线分布中的应用,提出新的指数型流速分布公式形式;并根据实验资料,初步检验了该公式的精度,同时分析了指数型流速公式中系数k和指数m随泥沙浓度s、粒径d以及水力条件的变化规律。结果表明:系数k随泥沙浓度的增加而增大,同时水力条件以及泥沙颗粒粒径同样也影响着k的变化;而指数m随粒径d的增大而减小,随泥沙浓度s的增加而增大。     

高岭土颗粒的絮凝沉降试验研究

粘性细颗粒泥沙在盐水中会产生絮凝。影响其絮凝的因素很多,矿物组成是其中的一个重要因素。选取高岭土作为研究对象,通过一系列试验得出所研究的高岭土的中值粒径为0.0084mm,最佳絮凝盐度为13‰,起动流速为8.5 cm/s~10 cm/s,由试验数据分析得出高岭土在不同流速条件下的淤积量以及淤积百分比,既而确定其不淤流速为40 cm/s。     

Estimating the settling velocity of bioclastic sediment using common grain‐size analysis techniques

Most techniques for estimating settling velocities of natural particles have been developed for siliciclastic sediments. Therefore, to understand how these techniques apply to bioclastic environments, measured settling velocities of bioclastic sedimentary deposits sampled from a nearshore fringing reef in Western Australia were compared with settling velocities calculated using results from several common grain‐size analysis techniques (sieve, laser diffraction and image analysis) and established models. The effects of sediment density and shape were also examined using a range of density values and three different models of settling velocity. Sediment density was found to have a significant effect on calculated settling velocity, causing a range in normalized root‐mean‐square error of up to 28%, depending upon settling velocity model and grain‐size method. Accounting for particle shape reduced errors in predicted settling velocity by 3% to 6% and removed any velocity‐dependent bias, which is particularly important for the fastest settling fractions. When shape was accounted for and measured density was used, normalized root‐mean‐square errors were 4%, 10% and 18% for laser diffraction, sieve and image analysis, respectively. The results of this study show that established models of settling velocity that account for particle shape can be used to estimate settling velocity of irregularly shaped, sand‐sized bioclastic sediments from sieve, laser diffraction, or image analysis‐derived measures of grain size with a limited amount of error. Collectively, these findings will allow for grain‐size data measured with different methods to be accurately converted to settling velocity for comparison. This will facilitate greater understanding of the hydraulic properties of bioclastic sediment which can help to increase our general knowledge of sediment dynamics in these environments.     

含沙量对过饱和总溶解气体释放过程影响分析

高坝泄水常为高含沙水流,对含沙水体过饱和总溶解气体(TDG)释放规律的研究具有重要的理论和现实意义。为探讨泥沙含量以及紊动强度等特性对过饱和TDG释放过程的影响,设计了静置水柱、搅拌诱发紊动以及明渠水流3种实验条件,通过对不同含沙量工况下过饱和TDG释放过程的观测研究,分别计算各工况下的释放系数。结果表明,泥沙含量和紊动强度均对过饱和TDG的释放起着促进作用,而且随着含沙量和紊动强度的增大,释放系数逐渐增大。本研究对于过饱和TDG数值模拟研究中释放系数的取值具有指导意义,同时也可为过饱和TDG影响的减缓措施研究提供基础数据和参考依据。     

悬移质颗粒运动的脉动强度

应用图象处理技术,量测了直径d=0.1～1.5mm的塑料颗粒和d=0.1～0.3mm的玻璃球颗粒在明槽恒定均匀水流中运动的脉动强度.试验发现:(1)靠近床面处,粗颗粒的脉动强度大于细颗粒的脉动强度,在靠近水面处,规律则相反;(2)细颗粒的脉动强度只是相对水深y/h的函数,而粒径较大颗粒的脉动强度和y/h及摩阻流速都有关;(3)重颗粒的脉动强度小于相同粒径的轻质颗粒的脉动强度.     

三峡库区泥沙絮凝临界条件现场测量

三峡库区絮凝现象是细颗粒泥沙淤积的重要原因,泥沙絮凝临界条件对三峡库区泥沙淤积规律和模拟具有重要意义。在三峡库区忠县和奉节河段开展泥沙絮凝的现场测量,基于声学多普勒流速仪（Acoustic Doppler Velocimeter,ADV）和泥沙采样测得同步的瞬时流速和含沙量,通过泥沙扩散理论反算现场泥沙沉速及絮团粒径,得到了三峡库区泥沙絮凝度及其与粒径、流速和含沙量的关系。结果表明:库区细颗粒泥沙发生絮凝,且多为中轻度絮凝,重度絮凝较少;库区泥沙絮凝的临界粒径约为0.018 mm,临界流速约为0.7 m/s,临界含沙量约为0.8 kg/m3。研究结果可为三峡库区泥沙的运动规律以及泥沙淤积模拟等提供一定的理论支撑。     

三峡库区黏性泥沙在紊动剪切作用下的絮凝试验研究

采集三峡库区忠县黄花城河段黏性泥沙进行紊动剪切作用下的絮凝试验研究。试验装置主要包括沉降柱、絮体分离室和絮体图像采集系统,试验中采用振动格栅产生近似均匀紊流场,并通过ADV（Acoustic Doppler Velocimetry）测量流速来校核流体剪切率和格栅振动频率的关系。试验结果表明:① 该黏性泥沙絮凝效果明显,絮体最大粒径D_f,95为73~126 μm、平均粒径D_f,50为18~33 μm,絮体粒径分布受紊动剪切率和泥沙浓度的影响较大;② 随着紊动剪切率的增大（从3.84 s-1至30.07 s-1）,D_f,95呈先增大后减小的趋势;当剪切率为19.94 s-1时,D_f,95达到最大值,大絮体（粒径大于96μm）的数量百分数也达到最大值;③ 相同紊动剪切率条件下,不同浓度（0.3~1.0 g/L）泥沙絮凝后的絮体粒径分布,基本符合"泥沙浓度越高,D_f,95越大"的趋势。