长江口悬浮细颗粒泥沙絮凝体特性研究

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^-1左右；流速小于42cm·s^-1时，水动力条件促进絮凝的发生；而当流速大于42cm·s^-1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。

泥沙研究2001年10月Journal of Sediment Research第5期长江河口悬浮颗粒表面特性的初步研究李道季,张 经,张利华,陈邦林,陈吉余(华东师范大学河口海岸国家重点实验室,上海200062)摘要:本文根据对比实验长江河口悬浮体分别经由偏磷酸钠(NaPO 3)分散剂、超声波处理和加双氧水(H 2O 2)高温蒸煮去除有机物,使用FACScan 流式细胞仪测定自然荧光和异硫氰酸荧光素(FITC)染色后颗粒荧光特性。

发现去除长江河口悬浮颗粒表面有机物后,悬浮颗粒的大小发生了改变;认为长江河口沿程悬浮颗粒的比表面积的变化主要是由于悬浮颗粒物表面有机物组成的不同和水团颗粒物质组成不同产生;长江河口悬浮体对重金属元素的吸附主要是通过颗粒表面的有机物来进行的。

关键词:悬浮颗粒;表面特性;长江河口中图分类号:TV142 文献标识码:A 文章编号:04682155X (2001)0520037205基金项目:国家教委博士点基金资助项目(97026907)。

作者简介:李道季(1962-),男,博士,华东师范大学河口海岸国家重点实验室副教授。

收稿日期:2000209218河口水体中的物理化学过程实际上发生在相的界面上(水和固体颗粒之间),并在一定范围内为系统的界面特性所控制。

颗粒的大小决定了颗粒的比表面积,颗粒粒径与矿物颗粒某些特性之间的关系、底质矿物分布与颗粒粒径和矿物组成的关系可用比表面积(S SA)来描述[1]。

一般来讲,主要由粘土矿物组成的细颗粒物质具有较高的SS A,因此比其它矿物颗粒如石英、长石等更容易吸附有机物质,产生粘性的有机颗粒复合物,对颗粒大小有较大的影响,从而导致颗粒与颗粒间的粘滞性发生变化。

长江口导致颗粒物质聚集、絮凝的基本机制是斜压循环、有机质作用、颗粒间碰撞和不同的沉降速度。

有机质易将颗粒填塞在一起,在水体底层形成浮泥使悬移沉积的垂直结构复杂化,并能通过密度层减小流体剪切强度。

细颗粒泥沙絮凝沉降特性分析吉顺莉，金鹰河海大学交通学院，南京（210098）E-mail:：jishunli@摘要：絮凝是河口海岸粘性细颗粒泥沙遇强电解质海水产生的一种独特现象，它影响到泥沙运动的基本规律以及河口海岸的地理或环境的演变。

絮凝是由于细颗粒泥沙独特的电化学特性产生的。

影响絮凝的因素众多，主要有：紊动、矿物组成、含盐量、温度、有机质含量、含沙量大小、粒度、沉降历时等等。

关键词：粘性泥沙；絮凝；絮凝机理；絮凝影响因素1、引言形成河口淤积很重要的原因之一就是上游带来的粘性细颗粒泥沙在河口遇强电解质海水产生絮凝沉降，这些细颗粒泥沙主要由粘土矿物组成，具有特有的电化学性质。

在水中遇强电解质海水中的阳离子、高分子有机污染物等发生絮凝形成絮团，从而泥沙的沉降速度增大，加速了河口泥沙的淤积。

粘性细颗粒泥沙由于其表面电化学性质而使其具有特殊性质，在电解质中产生絮凝就是其最突出的特性之一。

因此，细颗粒泥沙的絮凝现象得到了广泛的研究。

2、絮凝产生的原因2.1细颗粒泥沙的特性细颗粒泥沙在含有电解质的水中，颗粒周围会形成双电层。

通常细颗粒泥沙的主要成分是粘土矿物，它们在含有电解质的水中，一般都使泥沙颗粒表面带有负电荷。

这种表面带有负电荷的细颗粒泥沙在含有电解质的水中，由于静电吸引作用，吸引水中带正电荷的离子，这种被牢固吸附在紧邻颗粒表面周围的反离子层成为吸附层。

吸附层的离子电荷不足以平衡颗粒表面的全部电荷，因此在吸附层外还有一层与颗粒表面电荷异号的反离子层，即所谓的扩散层。

颗粒表面离子层及其周围的反离子层（吸附层和扩散层）构成颗粒的双电层，双电层外属中性水，见图1 。

图1 细颗粒泥沙的双电层结构颗粒表面的电荷不仅吸引异号离子，也吸引水分子。

在泥沙颗粒表面负电荷的作用之下，靠近颗粒表面，在吸附层范围内的水分子便失去了自由活动的能力而整齐地、紧密地排列起来，这被称为粘结水。

围绕在粘结水外面，在扩散层范围内的水分子因距颗粒表面较远，受到的引力较小，水分子的排列比较疏松，仅有轻微的定向。

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。

长江中下游洪枯季泥沙絮凝研究
郭超;何青
【期刊名称】《泥沙研究》
【年(卷),期】2014()5
【摘要】基于2008年1月(枯季)和2012年8月(洪季)长江中下游实测水沙资料,发现洪枯季悬沙絮凝特性存在显著差异,枯季絮凝程度比洪季显著偏高,与长江河口情况相反。

进而从水动力和泥沙特性两个方面对比分析了中下游淡水絮凝的主要影响因素,结果表明在流速较小时,小于1m/s,流速增大能够促进絮凝;而当流速较大时,流速继续增大不利于絮团的发育。

此外,随着含沙量的增大,絮团有效密度增大,指示絮凝程度降低。

悬浮泥沙分散颗粒越细,絮凝程度越高,并且大絮团主要由黏土组分构成。

【总页数】6页(P59-64)
【关键词】长江;淡水絮凝;洪枯季对比
【作者】郭超;何青
【作者单位】华东师范大学河口海岸学国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TV142
【相关文献】
1.长江口徐六泾洪季泥沙沉降速度研究 [J], 邵宇阳;严以新;马平亚
2.黄河三角洲洪、枯季泥沙冲淤的数值模拟 [J], 李谊纯;孙效功;李瑞杰;吕丹梅
3.枯季珠江河口悬浮泥沙絮凝沉降特征的观测与分析 [J], 夏小明;李炎;杨辉;吴超羽
4.长江口深水航道三期工程后北槽洪枯季水沙运动特征研究 [J], 沈淇;高钦钦;顾峰峰;戚定满
5.南渡江河口洪、枯季节水文泥沙变化特征及台风“海鸥”对入海水沙的影响 [J], 陈斌;高飞;印萍;刘金庆
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长江河口细颗粒泥沙沉降速度研究长江河口细颗粒泥沙沉降速度研究长江河口盐淡水交汇区广泛存在着黏性细颗粒泥沙,极易发生絮凝现象。

絮凝作用引起的沉降速度增大会导致泥沙在一些敏感地区出现大量落淤,引发航道淤积等问题。

作为泥沙动力特征的核心物理量,沉降速度已成为研究泥沙运动、计算冲淤变化的重要参量。

因此,长江河口黏性细颗粒泥沙絮凝作用下的沉降速度研究具有重要的理论意义和应用价值。

泥沙絮凝沉速受粒径、泥沙浓度、盐度、紊动等多种因素影响,现场直接观测的技术手段也较为有限,目前尚未得到统一而权威的、综合考虑多个影响因子的长江河口泥沙沉速公式。

本文基于室内试验、理论分析和数值模式研究方法给出了长江河口黏性细颗粒泥沙沉降速度的定量表达。

主要成果如下：1.自主设计并搭建了泥沙沉降试验平台,测量长江口细颗粒泥沙在不同泥沙浓度和盐度下的静水沉速。

该平台具备时空分辨率高、干扰小、量程广等优点,试验样品来自长江口现场的天然水样泥样,沉速计算方法为物理意义清晰的控制体积法。

共完成不同盐度、泥沙浓度条件下约200个批次的沉降试验,测量数据表明长江口细颗粒泥沙最佳絮凝浓度约在4～5 kg/m3,泥沙浓度在4 kg/m3附近的最佳絮凝盐度约为23,泥沙浓度在5 kg/m3附近的最佳絮凝盐度约为12。

最终得到静水条件下泥沙浓度和盐度对单颗粒泥沙沉速修正的关系式。

2.在室内静水试验研究基础上,结合理论分析,考虑了紊动对沉速的影响。

首先,选取垂向扩散系数和絮凝体直径作为紊动影响函数的基本参数,经过理论分析和变量归一化处理构建得到紊动因子影响函数。

其次,借鉴多批实测资料得到悬沙粒径空间分布,通过公式计算得到长江河口区域的单颗粒泥沙沉速值。

最终,得到综合考虑粒径、盐度、泥沙浓度、紊动重要影响因子的动水沉速表达式。

3.基于导师研究组长期开发、应用的三维水动力和泥沙数值模式,引进了本文构建的泥沙沉速公式。

该模式在潮滩动边界计算、数值格式求解和泥沙模块计算等方面均已得到提升,并且引进了三重嵌套的WRF大气模型提供风场和SWAN 波浪模型提供波浪参数。