水资源对于人类的生存与社会发展的重要程度不言而喻,随着社会的不断进步,对于水资源最主要的天然载体河流的负担也逐步加大,如何维持社会进步发展与河流稳定平衡成为当下研究的重要课题。河流常常挟带大量泥沙,而泥沙是河流自调节的重要因素,因此,本文以松花江干流为研究对象,将分形理论应用于河流泥沙研究中,对松花江干流时空分布下泥沙颗粒分布特性、物理特性等问题进行系统研究,为后续探究松花江泥沙运动、理化性质、河床演变提供可靠的基础数据资料。论文主要研究内容如下:(1)采集松花江干流泥沙数据资料,绘制泥沙颗粒组成柱状图,分析松花江干流泥沙颗粒组成随时间、空间变化规律。(2)通过分形理论求解哈尔滨、肇源、佳木斯、晨明、江桥、古城子、南岔、铁力8个水文测段泥沙分布分形维数,探究松花江干流泥沙颗粒粒径与分布分形维数的线性关系以及变化规律。绘制丰水期与平水期不同测段的泥沙级配曲线,计算级配指标,对松花江干流泥沙级配进行评价。(3)通过泥沙统计学分析计算松花江干流的特征参数(平均几何尺寸、分选度、偏度值和峰度值),以此细致描述河流所处不同地理位置的泥沙分布特征,并通过计算特征参数结果对松花江干流特征分级评价,分析特征参数与分形维数的关系。(4)根据泥沙颗粒资料,绘制河流泥沙颗粒表面特性统计表;对南岔、铁力、哈尔滨、佳木斯测段泥沙样本进行吸附磷实验探究泥沙吸附能力,采用Langmuir吸附等温式、Freundlich吸附等温式、origin函数绘图软件对实验结果进行拟合,分析各结果之间的差异,通过泥沙表面分形模型求解实验测段泥沙样本表面分形维数,采用张瑞瑾公式与岗恰洛夫公式计算在静水的理想状态下松花江干流泥沙颗粒沉降速度,得出相应规律。结果表明:(1)松花江干流泥沙颗粒总体以连续的粒度分布展现,具有良好的自相似性。干流泥沙组成整体以粉粒为主,上游段粗颗粒占比较大,而下游细颗粒占比较大。丰水期泥沙颗粒相比于平水期整体呈细化趋势。(2)泥沙分布分形维与泥沙颗粒粒径负相关,粗颗粒含量越多,泥沙分布分形维数越小。松花江干流上游段分布分形维数D明显小于下游段,丰水期分布分形维数D高于平水期。通过绘制泥沙颗粒级配曲线与级配指标,松花江干流哈尔滨、肇源、佳木斯颗粒级配良好,晨明、江桥、古城子、南岔、铁力测段泥沙颗粒级配表现为不良级配。丰水期不均匀系数相比于平水期有所增加,而级配曲线曲率系数变化无明显规律。(3)计算松花江干流泥沙统计学参数得出,松花江干流泥沙整体分选性较差,泥沙颗粒分布较为分散,上下游泥沙粒径差异较大,峰度变化趋于稳定,以单峰度为主,分布分形维数D与统计学参数具有线性关系,但相关性均未达到显著水平。(4)Langmuir吸附等温式、Freundlich吸附等温式对松花江干流泥沙吸附磷实验结果均能较好的拟合,得出一定泥沙吸附性规律,根据实验结果计算实验样本泥沙颗粒表面分形维数,结果显示,松花江干流泥沙颗粒对于磷的等温吸附效果较好,下游段吸附性更为显著,试验结果未出现粗颗粒吸附能力及吸附速率大于细颗粒的“异常”现象,计算表面分形维数与吸附能力正相关。岗恰洛夫公式与张瑞瑾公式计算理想状态下松花江干流泥沙沉降速度得出,随着时空变化,流段泥沙颗粒越细,泥沙沉降速度越缓慢,泥沙沉速在松花江干流整体表现为,上游快,下游慢,平水期快,丰水期慢的变化规律。综上,松花江下游相比于上游泥沙颗粒粒径更细,吸附性更强,沉速更缓,单位泥沙颗粒对吸附质的吸附量较大,对于泥沙随水流输移与沉降过程中对河道内重金属、化合物等污染物含量的降低起到关键性作用,对于水质的保持、防止水体进一步恶化起到积极的效果。