三峡水库细颗粒泥沙沉降特性及絮凝机理研究
本文关键词：三峡水库细颗粒泥沙沉降特性及絮凝机理研究 出处：《中央民族大学》2016年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：三峡工程是目前世界上最大的水利枢纽工程,其泥沙淤积问题一直是被广泛关注的热点。絮凝是影响泥沙沉降的主要因素之一,细颗粒泥沙絮凝会对泥沙沉降及淤积分布产生很大的影响。三峡水库为淡水环境,以往对于淡水水库中是否存在泥沙絮凝现象一直缺乏深入的观测和研究。为研究三峡水库絮凝可能性及库区细颗粒泥沙絮凝沉降规律,本文以三峡水库为研究对象,通过现场测量的数据资料分析、室内试验、理论分析等研究手段对三峡水库泥沙絮凝情况及特征进行了系统的分析,主要研究成果如下：(1)基于三峡水库现场实测资料分析了库区细颗粒泥沙絮凝情况及沉降特性：①库区现场观测结果显示在水库现场819个水体取样点中,99.4%的取样点存在不同程度的絮凝,其中83.6%的絮团直径是单颗粒粒径的2-8倍,并且库区的泥沙絮凝度顺水流方向是沿程衰减的,奉节河段的絮凝程度明显大于坝前的庙河河段,表明絮凝形成的较大粒径絮团已下沉到库区床面；②三峡水库产生泥沙絮凝的临界粒径约为0.02mm,小于此粒径的泥沙均有可能形成絮凝；③库区泥沙絮凝的临界流速约为0.7m/s,当水流流速小于0.7m/s时,库区泥沙能够形成相对稳定的絮凝。(2)基于室内试验结果提出了典型条件下絮凝对三峡水库泥沙沉速和淤积量的影响并提出了具体的量化关系式：①絮凝程度与含沙量成正比,絮凝后的沉降效率明显高于单颗粒状态的泥沙沉降效率,含沙量增加,泥沙相互碰撞结合几的率增加,絮团的当量粒径均向着絮凝临界粒径0.02-0.024mmm发展,小于该粒径的泥沙约占所有泥沙总量的83%；②库区中大部分泥沙会受到絮凝作用的影响,絮凝因数以及物质沉降因数均与含沙量成正比,物质通量因数也随含沙量增加而增加,当含沙量增加到1.5kg/m3,相应的泥沙淤积量相对于单颗粒增加到66%,对于水库淤积量影响较为明显；③在金属阳离子Fe3+单独作用下和Fe3+与Ca2+共同作用下,泥沙颗粒沉降的速度均随离子浓度的增加而逐渐增大,但Fe3+与Ca2+共同作用下的泥沙沉降速度与Fe3+单独作用下相比并没有明显增加,说明在有Fe3+存在的环境下,Ca2+对泥沙絮凝的影响作用很小。在金属离子的影响下,絮凝后粒径组占比变化峰值均出现在0.04mm左右,几乎全部泥沙会受到金属离子的作用而发生絮凝；④有机质腐殖酸浓度的增加并没有加快细颗粒泥沙的沉降速度,絮凝的沉降效率几乎不受腐殖酸浓度的影响。(3)基于三峡水库的水体环境从理论上解析了三峡水库絮凝的大体特征,并利用模糊综合评判法分析了细颗粒泥沙在库区条件下形成絮凝的概率：①库区水体环境提供的能量并不能使泥沙颗粒间越过势垒形成强絮凝,但可以在第二极小值附近形成较为疏松的弱絮凝；②库区所取悬移质泥沙的平均中数粒径为0.009mm,属粘性泥沙,通过对库区环境背景值的分析,利用模糊综合评判法得出细颗粒泥沙絮凝概率为60%。本研究为三峡水库泥沙淤积预算及情况评估提供依据,了解淡水环境细颗粒泥沙絮凝特征,有利于后续淡水环境中絮凝的研究。
【学位授予单位】：中央民族大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV145
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，本文编号：1323979
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