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长江口三维悬沙数值模拟研究
长江口位于我国长江三角洲经济区，是海陆联运的重要通道，但其深水航道建设目前仍受到泥沙淤积的影响。
为了更好地开发整治长江口航道，全面系统地研究其泥沙输运规律具有十分重要的现实意义。
本文在考虑多种因素对长江口细颗粒泥沙沉降速度影响的基础上，基于FVCOM建立了理想河口与长江口水流、盐度、悬沙运动的三维模型，并对理想河口和长江口洪枯季泥沙运动和分布情况进行了模拟分析，具体内容和结论如下：1、通过总结前人有关粘性细颗粒泥沙沉降速度的研究成果，提出了考虑含沙浓度、水流紊动、盐度三因素影响的沉速公式，并将该公式加入到FVCOM三维水动力泥沙模型中。
2、利用建立的模型对理想河口水动力、盐度、悬沙进行数值模拟，并从平面和纵剖面分析了理想河口水流运动、盐度分布与运动、悬沙运动时空变化以及盐度对悬沙运动的影响。
3、利用洪季、枯季长江口实测资料对水动力、盐度、泥沙模型的模拟结果进行验证，结果表明本文建立的模型能够较好地反映长江口水动力、盐度场、悬沙场变化规律。
4、依据长江口洪枯季水动力、盐度、悬沙的数值模拟结果：长江口枯季时盐度等值线总体分布与洪季相同，但枯季较洪季盐水上溯距离更远。
枯季的悬沙浓度明显小于洪季悬沙浓度，浑浊带中心明显向上游移动。
在模型中考虑盐度和不考虑盐度对沉速影响模拟结果相比，悬沙分布总体趋势一致，表层悬沙浓度与不考虑盐度时接近，但底层悬沙浓度比不考虑盐度明显增大。
盐度对悬沙的分布和运动有着比较显著的影响，考虑盐度时的模拟结果与实际悬沙浓度分布情况更为接近。
长江口及其邻近海域粘性细颗粒泥沙絮凝特性研究本文利用2003～2006年在长江口及其邻近海域水体实测的悬浮物现场粒度资料，结合同步测量的水动力、悬浮物浓度、盐度、水温及室内颗分等资料，研究了：（1）长江口及其邻近海域水体中絮团大小的空间分布特征、悬浮物现场级配特征；（2）确定了发生絮凝的临界粒径；（3）辅以室内试验，分析了悬浮物浓度、水动力条件、盐度以及水温等对粘性细颗粒泥沙絮凝的影响；（4）给出了基于实测资料的絮凝沉速的计算方法。
研究结果表明：（1）在研究区域，发生了明显的絮凝现象；絮团大小的空间变化明显，总体表现为从口内向口外逐渐增大；现场级配分布呈现单峰、双峰、多峰多种形态；对于整个研究区域的絮凝强度来说，长江口横沙以上水域、长江口及杭州湾口外水域为弱絮凝区；杭州湾水域为中等强度絮凝区；长江口浑浊带水域为强絮凝区。
（2）长江口粘性细颗粒发生絮凝现象的临界粒径约为32.5μm；在杭州湾，这一临界粒径约为20.0μm；对于长江口、杭州湾粘性细颗粒泥沙发生絮凝现象的临界粒径的差异，可能是受这两个水域的水动力、含沙量、盐度等条件的差异造成的。
（3）在较低含沙量情况下，含沙量变化对絮凝的影响很小，而一旦含沙量增加到一定程度，絮凝沉速随含沙量的增加有很大增加；水动力和盐度对絮团大小的影响十分明显：水动力影响下流速是促进还是抑制絮凝现象发生的临界值约为42cm·s<sup>-1</sup>左右；流速小于42cm·s<sup>-1</sup>时，水动力条件促进絮凝的发生；而当流速大于42cm·s<sup>-1</sup>时，水动力条件直接导致絮团的破碎；盐水促进絮团的形成；水流流速和盐度的变化分别造成了絮团的四分之一日和半日周期的变化；水动力条件和盐度对絮团的形成均有一定时间的滞后；在浑浊带水域，盐度对粘性细颗粒泥沙絮凝的影响比水动力条件的影响更大且更快；冬、夏两季水体中絮团大小及级配分布存在较大差异，夏季水温高，絮凝程度更强，说明水温越高，絮凝越强。
三峡库区分汊河段细沙起动试验研究及数值模拟三峡水库是中国最大的水利工程之一，位于长江干流上游的湖北省宜昌市至重庆市的峡谷区域，占地面积约1000平方公里，库容量为398.7亿立方米。
作为世界上最大的水电站之一，三峡水库的建设为中国的能源供应和水资源管理提供了重要的支持。
然而，三峡水库的建设也带来了一系列的环境和生态问题，其中之一就是库区内分汊河段细沙起动的问题。
细沙是水体中颗粒粒径小于0.0625毫米的沙粒，在水流的作用下，会被悬浮在水体中，降低水质，造成水土流失，破坏水生态系统。
在三峡水库库区内，由于长年的水流冲刷和沉积，细沙在分汊河段广泛存在，而其起动机理及影响因素并不完全清楚。
因此，对三峡库区分汊河段细沙起动进行试验研究和数值模拟，对揭示细沙在水库中的行为规律和保护水库生态环境具有重要意义。
首先，试验研究可以通过实地观测和实验室试验相结合的方式，对三峡库区分汊河段细沙起动进行定量分析。
实地观测可以利用遥感技术和航空摄影等手段获取库区内分汊河段的细沙分布情况，从而对细沙起动的规律和影响因素进行分析。
在实验室试验方面，可以通过人工模拟水库中的水流环境，控制水流速度、浊度和颗粒粒径等条件，进行模拟试验，研究细沙在不同环境条件下的起动规律。
其次，数值模拟可以借助计算流体力学（CFD）等数值模拟软件，模拟三峡水库中复杂的水流场和细沙起动过程。
通过建立三维数学模型，考虑流体的流动和颗粒的运动，模拟水流中细沙的运动轨迹和浓度分布，预测细沙的起动位置和时间，并分析不同因素对细沙起动的影响。
数值模拟可以辅助试验研究，提高研究效率，为水库管理和保护提供科学依据。
最后，结合试验研究和数值模拟结果，可以对三峡库区分汊河段细沙的起动机理和影响因素进行全面分析和探讨。
在此基础上，可以制定合理的管理策略和措施，预防和减少细沙的起动和沉积，保护水库生态环境，维护水库的可持续发展。
同时，对其他水库和河流的细沙起动问题也具有一定的借鉴意义。
长江口南汇边滩泥沙特性实验研究的开题报告【开题报告】一、选题背景中国长江流域是我国最大、最重要的河流流域之一，在其流域中出现的污染和河道改变等问题具有重要的环境和经济意义。
长江口南汇边滩处于长江口的下游，是一个重要的泥沙净化带。
因为该地区沉积物量丰富，其沉积物具有特殊的地质和化学组成，因此对于探究其泥沙特性，并对环境保护和治理提供科学依据具有重要的意义。
二、选题目的本文旨在通过实验研究长江口南汇边滩的泥沙特性，包括其物理、化学、微生物等方面的特征，为长江的环境保护和治理提供科学依据。
三、选题意义1. 对环境保护和治理提供科学依据长江口南汇边滩是一个重要的泥沙净化带，其泥沙特性的研究可以为长江流域的环境保护和治理提供重要的科学依据。
2. 探究泥沙的特殊地质和化学组成长江口南汇边滩泥沙的特殊地质和化学组成，对了解长江流域的物质循环和生态系统演变具有重要的意义。
3. 为长江治理提供技术支持长江流域治理是我国的重点环保工作之一，而该地区泥沙净化在治理工作中起着非常重要的作用。
因此，探究长江口南汇边滩泥沙的特性，将为治理工作提供重要的技术支持。
四、选题内容本文将通过实验研究长江口南汇边滩泥沙的物理、化学、微生物等方面的特征，包括颗粒分布、粘性、比表面积、矿物组成、有机质含量、微生物群落等，在深入研究泥沙的基础上，对长江流域的环境保护和治理提供科学依据。
五、研究方法1. 采集沉积物样品：对长江口南汇边滩的沉积物进行采集，尤其是边滩泥沙进行采样，采集方法采用现场提取或采用取样管。
2. 样品制备：将采集的样品进行筛分并按照物理或化学特性制备样品。
3. 物理和化学分析：利用常规的分析方法和设备，对样品进行颗粒分布、粘性、比表面积、矿物组成、有机质含量等分析，同时进行微生物分析以计算微生物的数量和种类。
4. 数据处理和分析：对实验结果进行数据处理和统计分析，绘制图片和图表对结果进行展示和分析。
六、预期成果本文预期能够全面深入地研究长江口南汇边滩泥沙的特性，包括其实验分析、数据处理和分析、图片和图表等，从而为长江流域的环境保护和治理提供科学依据。
长江口悬浮细颗粒泥沙絮凝体特性研究利用B型现场激光粒度仪LISST-100，在不扰动天然细颗粒泥沙絮凝体的情况下，2003年6月在长江口徐六泾测站和2003年12月在长江口横沙测站，对悬浮细颗粒泥沙絮凝体粒径和体积浓度进行了定点大、小潮连续以及垂线观测。
用500k的ADP获取同步的水动力资料，同时用OBS-3A取得相应的悬沙浓度和盐度资料。
计算了现场絮凝体的有效密度和沉速。
观测显示：1) 长江口徐六泾和横沙絮凝体粒径和分散粒径差别明显，潮周期表层絮凝体粒径要比其分散粒径大2～5倍。
2) 徐六泾大、小潮表层絮凝体粒径潮周期平均分别为39.8μm和64.4μm。
横沙小潮表层絮凝体粒径潮周期平均为48.1μm。
絮凝体垂线粒径分层现象明显，细颗粒泥沙絮凝体粒径从表层到底层逐渐增大。
徐六泾洪季大潮垂线絮凝体粒径垂线平均63.9μm，小潮垂线平均70.Oμm。
3) 洪季徐六泾大潮表层的絮凝体体积浓度潮周期内平均为98.0μLL<sup>-1</sup>，小潮表层潮周期内平均为70.8μLL<sup>-1</sup>。
4) 徐六泾大潮和小潮表层絮凝体平均有效密度分别为1173 kg·m<sup>-3</sup>和919 kg·m<sup>-3</sup>。
絮凝体有效密度随水深的增加呈减小趋势，有效密度在532～1456kg·m<sup>-3</sup>之间。
5) 不同动力条件下絮凝体沉速变化显著，徐六泾大潮表层絮凝体沉速潮周期平均0.80 mm·s<sup>-1</sup>；小潮表层相应1.62 mm·s<sup>-1</sup>；大潮底层潮周期平均1.68 mm·s<sup>-1</sup>。
长江中下游航道整治废弃特细砂工程特性研究1. 引言1.1 研究背景长江是中国最长、流域面积最广的河流，自古以来就是中国的经济命脉之一。
由于长期的工业化和城市化进程，长江水域受到了严重污染和废弃特细砂的破坏，导致了航道的淤积和水质的恶化。
为了保障长江航道的畅通和水域的生态环境，长江中下游航道整治废弃特细砂工程成为当务之急。
研究背景部分主要对长江中下游航道整治废弃特细砂工程的背景和现状进行了总结和分析。
长江航道淤积严重，航道整治工程面临着废弃特细砂处理难题。
废弃特细砂不仅对水质造成污染，还会影响航道通行和生态环境。
研究如何有效处理和利用废弃特细砂对于长江航道整治具有重要意义。
本文旨在探讨长江中下游航道整治废弃特细砂工程的特性及处理方法，从而为长江航道整治提供科学依据和技术支持。
通过深入研究废弃特细砂的物理和化学特性，探讨其工程处理方法，以期达到减少废弃特细砂污染、保护长江水域生态环境的目的。
1.2 研究目的研究目的是为了深入探究长江中下游航道整治中废弃特细砂的特性，分析其产生原因及物理、化学特性，探讨有效的废弃特细砂工程处理方法。
通过对废弃特细砂进行系统研究，旨在解决当前处理废弃特细砂所面临的问题，为长江中下游航道整治提供科学依据和技术支持。
本研究还旨在为废弃特细砂工程的发展提出建议和方向，为未来更深入的研究提供参考。
通过研究废弃特细砂的处理方法和工程特性，最终实现废弃特细砂的有效利用和资源化，推动长江中下游航道整治工作向着更加环保、高效的方向发展。
1.3 研究意义废弃特细砂是长江中下游航道整治工程中的一个重要问题。
对废弃特细砂进行深入的研究，不仅有助于解决工程施工中产生的问题，还有利于环境保护和资源回收利用。
研究废弃特细砂的物理特性和化学特性，可以为工程处理方法的选择提供依据，保证工程的顺利进行和质量保障。
废弃特细砂的处理也涉及到环境保护和生态恢复等多方面问题，具有重要的社会和经济意义。
对废弃特细砂工程特性的研究具有重要的意义，可以为长江中下游航道整治工程的顺利进行和环境保护提供科学依据。
长江中下游航道整治废弃特细砂工程特性研究长江是中国的母亲河，流经我国多个省市，是我国重要的航运通道。
为了保障长江航道的畅通和安全，近年来，长江中下游航道进行了多次整治和清淤工程。
废弃特细砂工程是其中的重要一环，它对于航道的畅通和保障航行安全起着至关重要的作用。
本文将对长江中下游航道废弃特细砂工程的特性进行研究，以期为航道整治提供参考和指导。
一、废弃特细砂工程的意义和作用2. 废弃特细砂工程的主要作用在于清除长江河道中的杂物和废弃特细砂，使河道水流更加畅通，减少淤积，提高航运安全。
3. 废弃特细砂工程还可以改善水环境，提高水质，有助于保护长江生态环境。
1. 工程范围：长江中下游航道整治的废弃特细砂工程主要是指对长江河道中的特细砂和杂物进行清理和清运的工程。
工程范围包括长江主航道及支流、港口码头、船闸和航道标志等。
2. 工程内容：废弃特细砂工程的主要内容是清理和清运长江河道中的特细砂和杂物。
清理包括利用机械设备清除河道中的特细砂和杂物，清运是指将清理出来的特细砂和杂物进行转运和处理，确保河道畅通和清洁。
3. 工程技术：废弃特细砂工程需要运用先进的机械设备和工程技术，包括挖掘机、吊机、装载机等工程机械，以及环保设备和工艺。
还需要对废弃特细砂进行分类处理和资源化利用，以保护环境和节约资源。
4. 工程难点：废弃特细砂工程的难点主要在于长江河道复杂多变的水文地质条件和环境保护要求。
长江水流湍急，沉积物多，对工程技术和设备提出了更高的要求；长江生态环境敏感，要求在进行工程的同时保护好生态环境。
三、废弃特细砂工程的建设管理和保障措施1. 建设管理：废弃特细砂工程的建设要严格按照相关标准和规范进行，确保工程质量和安全。
要加强工程监理和检验，保证工程施工过程中的安全和环保。
2. 环保措施：废弃特细砂工程要做好环保工作，采取各种措施减少对生态环境的影响。
包括废弃特细砂的分类处理和资源化利用，减少排放；加强工程现场环境保护，减少噪音和粉尘污染；严格遵守环保法律法规，确保施工过程中不污染环境。
第33卷,第3期2008年6月公路工程H ighway EngineeringVol .33,No .3Jun.,2008[收稿日期]2007—10—11[作者简介]张海霞(1979—),女,黑龙江巴彦人,博士研究生,主要从事道路路基工程方面的研究。
长江口细砂路用性能的试验研究张海霞,凌建明,蒋 鑫,谭 炜(同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,上海 200092)[摘 要]上海长江隧桥工程崇明接线工程需要大量路基填料,但该地区土源缺乏,为了节约经济、疏浚长江航道、保护周边生态环境,贯彻因地制宜就地取材原则,采用了长江口细砂填筑高等级公路路基。
但目前国内对细砂用作高等级公路路基填料的适宜性研究尚欠深入。
通过室内试验研究分析长江口细砂的物理特性、力学特性和化学特性等,并对其路用性能进行综合评价,研究结果表明长江口细砂具有良好的路用性能,如能扬长避短,合理利用,是理想的筑路材料。
[关键词]道路工程;填砂路基;长江口细砂;路用性能[中图分类号]U 414 [文献标识码]A [文章编号]1002—1205(2008)03—0142—05Experiment al I nvesti gati ons of Hi ghway Perfor mance of Fi n e Sand of the Long Ri ver EstuaryZHANG Ha ix i a ,L ING J i a nm i n g,JANG X i n ,TAN W e i(Laborat ory of Road and Traffic Engineering of the M inistry of Educati on,Tongji University,Shanghai 200092,China ) [Abstract]It needs vast scale of filler in subgrade of Chong m ing connecting line engineering of the Long river tunnel and bridge engineering of Shang hai,but it is deficiency of s oil res ources in the regi on,s o adop ting the Long river estuary fine sand as filler of high way subgrade for econom izati on econom ic,dredging the Long river channel,p r otecting surr ounding ecol ogical envir onment,by executing the p rinci 2p le of adap tati on t o l ocal conditi ons and obtaining ra w materials l ocally .Now it hasn’t been researched p r of oundly for fine sand filling in high way subgrade do mestically,s o we analyzed the physical,mechani 2cal and che m ical characteristics of the Long river estuary fine sand by laborat ory tests and comp rehensive 2ly evaluated its high way perfor mance .The researching result indicates that the Long river estuary fine sand is in good highway perf or mance,it is ideal r oad material by putting it t o rati onal use .[Key words]r oad engineering;sand 2filling r oad bed;fine sand of the Long river estuary;highway perf or mance 上海长江隧桥工程是为完善我国沿海交通大通道,改善上海市交通系统结构和布局,综合开发崇明岛资源,促进苏北经济发展,进一步增强和发挥浦东的经济发展而兴建的一项特大型基础设施工程。
崇明岛接线工程需要大量土方,而崇明岛地势平坦、河塘水系发达,取土相对比较困难,且取土易占用大量耕地、造成生态破坏,另一方面,长江口岸江面开阔,粉细砂易淤积,如不及时清淤,容易堵塞河道,清淤后如不及时运走,随意堆积又不可避免占地,而该工程地理位置靠近海边,离码头不远,运输便捷,同时砂还具有水稳性好、沉降均匀、施工时受水和不利季节的影响小等特点,故采用长江口细砂作为路堤填料,从而疏浚航道,保护生态,减少道路修筑对当地资源和环境产生的破坏,产生较好的综合经济效益。
这也是上海地区首次大规模采用长江口细砂作为高等级公路路基填料(全长达4.463k m ,平均填高达3.74m )。
为深入认识长江口细砂作为高等级公路路基填料的可行性与适宜性,避免设计、施工中的风险,开展了长江口细砂的物理力学特性及化学特性的室内实验研究工作。
测试内容包括长江口细砂的物理力学特性和化学特性,进而对其作为高等级公路路基第3期张海霞,等:长江口细砂路用性能的试验研究 填料的可行性、适宜性进行评价[1]。
1 物理特性1.1 含水量因砂填料渗透性较大,砂填料的天然含水量变异性较大,在压实施工中需通过人工洒水控制含水量。
经测定,砂样的室内风干含水量为11.22%。
1.2 颗粒分析长江口淤积潮砂砂样的级配曲线见图1。
其中筛孔尺寸为0.5、0.25、0.074mm ,砂样总质量200g,精度为0.1g。
图1 砂样级配曲线Figure1 gradati on of sand 由图1可知,小于0.074mm 的含量为16.62%,根据规范规定,粒径大于0.074mm 颗粒多于总质量的75%时,此类土即为细砂[2],本试验材料的粒径大于0.074mm 颗粒为83.38%,多于总质量的75%,所以本试验用砂为细砂,且不均匀系数C u =d 60/d 10=0.25/0.074=3.38,小于5,说明此砂级配不良,粒径比较单一。
砂的粒径与级配特性对砂的液化性质影响很大。
级配均匀的砂土比级配不均匀的更容易液化;平均粒径D 50对抗液化强度有明显影响,D 50在0.05～0.09mm 之间最容易液化。
D 50越大,抗液化强度就越大。
此类砂的D 50远大于0.05～0.09mm 的液化危险范围,同时颗粒级配不良,可以认为具有较强的抗液化的能力,在交通荷载循环作用和地震荷载作用下不会发生砂的液化。
砂的粒径与级配对抗剪强度有较大的影响。
对于棱角较少且颗粒较小的细砂,在荷载不大的情况下不会发生颗粒的破碎,压实后颗粒级配对强度的影响很小,达到一定的压实度后级配不良的细砂也具有很高的抗剪强度。
对于长江口细砂而言,颗粒较小且颗粒棱角较少,在压实与交通荷载作用下不易产生颗粒的破碎,同时压实后的颗粒具有较强的咬合能力,可增加填料的剪胀性,使其在一定密度下能达到较高的抗剪强度。
综上,可认为长江口细砂在粒径与级配特性上符合路基填料的要求。
1.3 含泥量在筛分试验[3]中,将粒径小于0.074mm 的粒料视为含泥量,故此种砂的含泥量为16.62%。
综合既有研究成果,长江口细砂组成主要集中在砂类土中的细砂组,其次由于长江口细砂中含有不同程度的细粒组(即粉粒和粘粒),含量基本在<20%的范围内,因此,对长江口细砂可按其含该细粒组的成分划分见表1。
表1 长江口细砂分类Table 1 Classify of fine sand of the Long river estuary粒径小于0.074mm 含量/%分类<5长江口细砂5～15含土长江口细砂>15土质长江口细砂 综上,从该填料的分类来看,此次应用的砂具有一定含泥量,此类砂与粘性土相比具有较高的强度,与纯砂相比又具有一定的粘聚性,当作为路基填料压实时不易松散,满足规范“路床优先选用砾类土、砂类土作填料”的要求,可以考虑作为高等级公路路基填料。
1.4 击实特性为了使填砂路基具有足够的强度和稳定性,必须对其进行压实,通过击实试验[2]可获得材料的最大干密度和最佳含水量,从而用于指导现场施工和检验现场压实作业的质量。
图2、图3分别为轻型击实和重型击实条件下砂样干密度与含水量的关系曲线。
可见,长江口细砂的击实表现为多峰特性,在轻型击实条件下,在近完全干燥状态下与10%含水量情况下都存在着一个干密度的峰值,其中含水量为W =10%时对应的干密度为1.53g/c m 3。
在重型击实条件下,干密度—含水量关系也表现为明显的多峰特性,其中含水量W =13.5%时,最大干密度为1.62g/c m 3。
不难看出,长江口细砂与粘性土的击实特性存在较大区别,前者的干密度随含水量的变化存在有多个峰值,在不同含水量峰值时对其进行压实均可以达到较好的压实效果,这为现场施工和检测提供了更多的可能,而后者则表现为单峰状,必须严格控制施工现场的含水量才能保证其压实质量。
同时,由图2、图3发现,无论是轻型击实试验还是重型击实试验,干密度的变化范围都比较小,这表明砂的水稳定性好,力学性能受含水量影响较小341 公路工程33卷(即干密度受含水量变化而波动的幅度很小),且细砂具有一定的持水能力,同时注意到在南方潮湿多雨地区不可能对砂料进行长时间翻晒,且室内测定时的含水量状况接近现场施工状态。
因此对细砂压实施工中的控制含水量范围可适当放宽,在含水量为10%～15%时压实都可以达到较好的压实效果,从而可以在不影响施工质量的情况下加快施工进度,缩短工期,节约成本。
图2 干密度—含水量关系(轻型击实)Figure 2 Relati onshi p bet w een dry density and water content(light compacti on)图3 干密度—含水量关系(重型击实)Figure 3 Relati onshi p bet w een dry density and water content(heavy compacti on )对于检验现场压实质量方面,环刀法[4]检测方便简洁,便于推广和应用,但是环刀法主要用于检测细粒土,是否适用于此类砂的施工质量检测可由以下分析确定:首先长江口细砂属于粗粒组当中的最细的一档,与细粒土十分接近;其次通过环刀与量筒两种测定方法所获得的干密度-含水量关系曲线(见图4)对比可知:在重型击实条件下,环刀测定的干密度要小于量筒测定的,说明由于砂是散粒体,室外环刀取样的时候可能导致土壤被扰动而松散,用其进行试验时会使试验结果稍偏低一些,有利于增加结构的安全系数。
