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粘性泥沙的絮凝及对河口生态的影响研究

赵明  
【摘要】:粘性细颗粒泥沙在表面电化学作用力和颗粒重力交互作用下发生的絮凝过程,对高含沙浑水流变特性,泥沙沉积物微细结构形成,以及床面泥沙成团起动均有重要影响,具有重要的理论意义和应用价值。揭示粘性泥沙絮凝发育机理和沉降-淤积运动规律,是深入认识水库泥沙淤积、河口三角洲及海岸滩涂演变、沿海港口和近岸航道浮泥输运及高含沙水流运动的基础,对于我国江河湖泊治理、水利枢纽建设及港口航道维护都至关重要。本文通过理论分析、实验室实验、野外试验以及数学模型等手段,对粘性泥沙絮凝-粘结的运动力学机理和宏观规律进行深入分析和研究,并尝试对絮凝与河口生态关系进行初步探索。本文主要研究工作包括: 1.在胶体化学DLVO理论的基础上,在一定的简化假设下,通过计算悬浮体系泥沙颗粒表面的交互作用能和交互作用力,分析颗粒发生相互碰撞的轨迹和动力过程,建立发生碰撞的两个球形颗粒相对运动轨迹的数学方程并进行计算,利用极限轨迹法来判断粘性泥沙颗粒体系的絮凝稳定性,并计算颗粒间的碰撞效率,从而分析颗粒粒径、含盐度等对碰撞效率的影响,结果与传统工程认识基本符合。 2.通过试验较系统研究了泥沙浓度,阳离子浓度,阳离子化合价等因素对絮凝沉积过程的影响,并利用扫描显微技术观察研究絮团和淤积物的微细形态。 3.研究静水条件下,建立并改进考虑絮团分形和重力沉降、反映颗粒碰撞粘结过程的絮凝动力方程(Smoluchowski方程),方程的离散求解采用算子分裂法,初步建立描述粘性泥沙絮凝-沉降耦合运动的数学模型。 4.从海河口现场采样浮泥及淤泥,并进行小型底栖动物的类群分析和统计,发现七种主要生物类群,包括两种最重要的作为指标分析的类群:桡足类与线虫。对河口絮凝生境中的生物种群丰度进行了水平站点的比较和分析,就此初步探讨河口絮凝生态的特点。


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