三峡库区黏性泥沙在紊动条件下的絮凝特性研究

发布时间：2020-05-11 11:18

【摘要】：三峡库区泥沙淤积问题一直被广泛关注,通常认为主要原因是泥沙发生了絮凝沉降。以往研究者多关注于河口地区的泥沙絮凝,针对三峡库区这类淡水环境的泥沙絮凝相关研究较少。开展三峡库区黏性泥沙在紊动水体中的絮凝沉降研究,对于认识三峡库区的淤积规律,合理调整水库运行调度方案,以及库区航道的整治等都具有重大的意义。本文主要研究三峡库区不同河段泥沙在不同紊动剪切率下的絮凝特征,分析其絮体粒径分布随剪切率变化的规律,明确紊动过程中的最大絮体粒径和临界剪切率。开展的主要工作及结果如下:(1)研发了絮凝沉降装置,通过电机带动多层格栅上下振动产生近似的各向同性均匀紊流;使用ADV对絮凝沉降系统中不同格栅运行参数S2M1/2f H-3/2下三维脉动流速进行测量,建立絮凝沉降系统中水体紊动剪切率G与S2M1/2f H-3/2之间的量化关系,即振幅为3 cm时,G=10.854f 1.5。(2)研发了絮体图像分析系统,基于图像分析方法,计算每个絮体的等效粒径,统计不同粒径段的絮体数量,得到絮体粒径分布(即各粒径段絮体数量百分数);实现了使用絮体图像采集系统对沉降柱中絮体形态进行原位观测,避免了采样测量对絮体结构造成破坏的弊端。(3)采集三峡库区长寿、忠县和奉节河段的江心沉积物制作实验沙样,设置浓度为0.3 g/L、0.6 g/L和1.0 g/L,剪切率为3.84 s-1、10.85 s-1、19.94 s-1和30.07 s-1进行絮凝沉降实验,分析三峡库区黏性泥沙絮凝后絮体粒径分布,结果表明:(1)三峡库区各断面絮凝效果明显,絮体最大粒径与长江河口絮体最大粒径相当;(2)浓度不变时,随剪切率增大,大粒径絮体(粒径大于0.096 mm)含量逐渐增大,最多可在G为19.94 s-1时分别达到3.1%~11.3%、0.9%~10.2%和1.1%~11.4%;(3)长寿、忠县和奉节三个河段的泥沙絮凝平衡时絮体最大粒径Df,95随紊动剪切率的增大(从3.84 s-1至30.07 s-1),基本呈现先增大后减小的趋势,在浓度为1.0 g/L、剪切率为19.94 s-1时达到最大,分别为0.126 mm、0.126 mm和0.114 mm。(4)三峡库区长寿、忠县和奉节河段的泥沙颗粒絮凝临界剪切率均为19.94s-1,絮体粒径分布受浓度影响较大。在临界剪切率作用下,泥沙浓度较小时(0.3 g/L、0.6 g/L),忠县河段泥沙絮凝平衡后絮体最大粒径与大粒径絮体百分数最大;泥沙浓度较大时(1.0 g/L),长寿河段泥沙颗粒絮凝平衡后絮体最大粒径与大粒径絮体百分数最大。
【图文】：

示意图,絮凝,颗粒物,沉降

图 1-1 水体中颗粒物的絮凝、沉降示意图.2 泥沙絮凝影响因素通常认为，颗粒间的碰撞主要由流体剪切、差速沉降和布朗运动引起；对颗粒，，一般只考虑前两者的作用[4F115]。悬浮泥沙的絮凝聚合可用 DLVO 理理论来解释[5F116][6F117]：DLVO 理论描述了颗粒间双电层作用斥力势能、范德能及其总势能与颗粒间距离的关系，可以借助流体动能或者絮凝剂（如阳消除势垒或降低势垒，实现颗粒聚合；桥架理论则多用于含有机质的絮凝质的官能团通常带有负电荷，通过阳离子作用（尤其是和多价金属离子反稳定化合物），促使颗粒聚合。由此可见，泥沙特性（颗粒粒径、有机表面电荷等）、环境介质条件（有机质、无机物、pH 以及离子）、流等是影响泥沙絮凝的主要因素。2.1 泥沙特性

历时曲线,颗粒间距,黏土矿物,历时曲线

黏土矿物颗粒间距历时曲线
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV145

【参考文献】