长江河口细颗粒泥沙的絮凝沉降特性述要.doc

长江口细颗粒泥沙的絮凝沉降特性述要
管君阳51082601024

絮凝机理
在含有电解质的水中，细颗粒泥沙会吸附阳离子而形成双电层，同时受范德华(VanderWaals)引力和双电层斥力的作用。范德华引力与颗粒间表面电荷密度无关，但双电层斥力取决于悬液中电解质的组成及浓度，与颗粒的表面电荷密度密切相关。当范德华引力大于双电层斥力时，泥沙颗粒就发生絮凝。
细颗粒泥沙的絮凝,既有物理上的原因，也有化学上的原因,但其本质是颗粒间的电化学作用。在含有电解质的水中，因布朗运动，颗粒的不等速沉降，以及水流紊动引起的碰撞会迅速产生絮凝。碰撞率随含沙浓度的增大而增大，而碰撞后的结合率则取决于电解质浓度。只有当电解质浓度超过临界絮凝浓度时，细颗粒泥沙才会发生絮凝。关于水流剪切力对絮凝的影响，目前还只能定性地认为有双重作用：即中等紊动既促进沙粒碰撞又不破坏絮粒，有利絮凝；而强烈紊动虽有利于沙粒碰撞但会剪切破坏絮粒，不利絮凝。总之，细颗粒泥沙絮凝是一个很复杂的物理化学过程。它不仅和细颗粒泥沙的物质组成、泥沙初始浓度以及级配有关，还与各种外界条件(如水质、温度和水流紊动等)密切相关。这些因素互相影响,给絮凝机理的研究带来了很大难度。尤其在动水条件下细颗粒泥沙的絮凝机理，更是处于探索阶段。
细颗粒泥沙的絮凝沉降特性陈洪松,邵明安(中科院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西杨凌712100)

对絮凝沉降的影响因素
2.1盐度的影响
蒋国俊等（长江口细颗粒泥沙絮凝沉降影响因素分析）通过对细颗粒泥沙的静水和动水絮凝沉降试验发现,在淡水环境中细颗粒泥沙基本不发生絮凝沉降，其沉降也十分缓慢，一旦加入盐，细颗粒泥沙即发生迅速的絮凝沉降。而且张志忠等（长江口细颗粒泥沙絮凝若干特性探讨）在研究时发现,只要少量的盐分，细颗粒泥沙就可出现絮凝现象，在盐度为3以下时，絮凝作用有类似加速的过程，盐度达到3以后，快速的絮凝作用使絮凝沉降量以近似恒定的值而迅速落淤。可见盐度对细颗粒泥沙絮凝沉降是起阈值影响因素的作用，所以只要有盐分存在，细颗粒泥沙就能发生絮凝沉降，它是影响细颗粒泥沙絮凝沉降的主要因素。
2.2流速的影响
阮文杰（细颗粒泥沙动水絮凝的机理分析）利用室内环形水槽进行试验做了定性的分析，
而蒋国俊等（长江口细颗粒泥沙絮凝沉降影响因素分析）通过动水絮凝沉降试验做了更进一步的研究，都发现水流对细颗粒泥沙絮凝沉降的影响在低流速时表现为促进絮凝作用,在高流速作用时表现为阻滞絮凝作用。蒋国俊等更发现，随着水流流速的减小，细颗粒泥沙絮凝沉降强度逐渐增大；一般情况下在流速大于40cm/s时，细颗粒泥沙基本不发生絮凝沉降，但在流速小于或等于30cm/s时，细颗粒泥沙絮凝沉降强度随流速的减小逐渐增强。
2.3水温的影响
蒋国俊等（长江口细颗粒泥沙絮凝沉降影响因素分析）通过实验室试验研究显示，细颗粒泥沙絮凝沉降受水温的控制。通常情况下水温较低时，细颗粒泥沙絮凝沉降强度较低，甚至不发生絮凝沉降，但一旦水温超过25℃，细颗粒泥沙发生迅速的絮凝沉降，且具有随水温升高絮凝沉降强度增大的变化趋势。由此可见在其他条件不变的情况下温度25℃是细颗粒泥沙发生絮凝沉降的临界值。
2.4含沙量的影响
蒋国俊等（长江口细颗粒泥沙絮凝沉降影响因素分析）通过实验室试验研究显示，细颗粒泥沙絮凝沉降的强度受悬沙供给量的影响，含沙量越高细颗粒泥沙的絮凝沉降强度越大。并且还发现含沙量与细颗粒泥沙絮凝沉降强度的关联度达0.8025，其影响程度甚至超过了流速。
2.5粒度的影响
悬沙粒度对絮凝沉降起着重要的作用。张志忠等[11]（长江口细颗粒泥沙基本特性研究），蒋国俊等（长江口细颗粒泥沙絮凝沉降影响因素分析）通过对不同粒度的细颗粒泥沙沉降试验研究显示，当泥沙粒径大于32μm时，在盐水中的悬沙基本不发生絮凝沉降，当悬沙粒度小于32μm时，细颗粒泥沙能发生絮凝沉降。所以细颗粒泥沙絮凝作用受到泥沙粒径的影响，32μm是细颗粒泥沙与粗颗粒泥沙的分界线。

泥沙絮凝沉降的研究方法
3.1利用泥沙絮凝沉降动力模式研究
关许为等[13]通过分析静水条件下的泥沙絮凝沉降试验资料,发现采用二级动力模式可更好地反映长江口泥沙絮凝沉降的实际情况,并在泥沙中值粒径为0.006mm(试验沙样是用0.45μm滤膜对采自无盐水入侵的江阴河段水体过滤后取得)、泥沙含量为0.1～5.0kg/m3和盐度为0～20‰等试验条件下,测得该模式的衰减系数k为0.06～4.5,半衰期t1/2为0.5～8h,沉降速率为(0.4～48)×10-3cmPs。
二级动力模式方程式如下:
ds/dt=-λs2或1/s=λt+1/s0；半衰期t1/2=1/λs0
式中ds/dt为含沙浓度变化率；λ为衰减系数；s0为初始含沙浓度；t为沉降时间。
关许