【摘 要】
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泥沙絮凝现象广泛存在于河流湖泊等水体中,并显著影响着泥沙的沉积和输移等。本文以黏性细颗粒泥沙为研究对象,从理论推导和物理实验两方面研究了天然河道中群体泥沙沉降规律,以及单一及复配絮凝剂对絮团沉降的影响,主要研究内容及成果如下:（1）基于黏性细沙单个絮团的沉降规律,综合考虑含沙量对浑水黏性以及沉速的影响,推求黏性细沙群体沉速公式。根据已有的絮凝沉降实验数据,拟合得到浑水中泥沙有效体积浓度的计算公式,
【基金项目】
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陕西省重点研发计划（编号:2021SF-447）
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泥沙絮凝现象广泛存在于河流湖泊等水体中,并显著影响着泥沙的沉积和输移等。本文以黏性细颗粒泥沙为研究对象,从理论推导和物理实验两方面研究了天然河道中群体泥沙沉降规律,以及单一及复配絮凝剂对絮团沉降的影响,主要研究内容及成果如下:（1）基于黏性细沙单个絮团的沉降规律,综合考虑含沙量对浑水黏性以及沉速的影响,推求黏性细沙群体沉速公式。根据已有的絮凝沉降实验数据,拟合得到浑水中泥沙有效体积浓度的计算公式,并将其代入黏性细沙群体沉速公式,得到以含沙量为变量的絮凝体沉速公式。利用已有的天然河道实测资料对公式进行验证,并与其他经典公式相比较,结果表明所推导的公式计算精度更高。（2）自行设计絮凝沉降装置,观测和分析单一及复配絮凝剂对黏性细沙絮凝沉降的影响。基于数字图像处理技术,对沉降实验的图像数据进行分析和处理。利用Imagepro plus软件测定絮团的粒径。基于小波变换对絮团沉降图像进行多分辨率分析,提取分解后的近似分量图像,以此绘出絮团沉降曲线、准确测定絮团沉降等速段的均匀沉速。（3）观测分析不同浓度沙样（60g/L、70g/L、80g/L、90g/L、100g/L）、添加不同种类单一絮凝剂（无机高分子絮凝剂聚合氯化铝PAC、有机高分子絮凝剂阳离子型聚丙烯酰胺CPAM和阴离子型聚丙烯酰胺APAM）、不同絮凝剂浓度（0.04g/L、0.06g/L、0.08g/L、0.1g/L、0.12g/L、0.14g/L、0.16g/L）的黏性细颗粒泥沙絮凝沉降过程,确定了不同含沙量条件下PAC、CPAM、APAM的最佳投加浓度。结合吸附等温方程,得出含絮凝剂浓度参数的絮团沉速公式。通过对比三种絮凝剂的絮凝效果,选出絮凝效果良好的两种絮凝剂聚合氯化铝PAC和阳离子型聚丙烯酰胺CPAM进行进一步的复配研究。（4）根据单一絮凝剂试验结果,选用两种阳离子型絮凝剂PAC和CPAM进行复配研究,在70g/L、80g/L、90g/L的含沙浓度下,改变絮凝剂浓度（0.04g/L、0.06g/L、0.08g/L、0.1g/L、0.12g/L）和絮凝剂的配比（PAC:CPAM=1:1、2:1、3:1、4:1、5:1）,探究了复配絮凝剂对絮团沉降的影响。试验结果表明,复配絮凝剂絮凝效果良好,可显著提高絮团沉降速度;絮凝沉降后上层液体清澈透明,泥沙颗粒去除率高。当PAC:CPAM的复配比为2:1时,絮团沉速最快,絮凝效果最好。含沙量为70～80g/L时,絮凝剂的最佳投加浓度为0.08g/L;含沙量为80～90g/L时,最佳投加浓度为0.1g/L。复配絮凝剂显著增强了絮团的吸附桥连作用,形成的絮体更加松散,在水中彼此联结形成松散的链状,以絮网的形式快速沉降。相较于单一絮凝剂,复配絮凝剂影响下的絮团粒径更大、有效密度更低、分形维数更小。絮团的粒径对沉速的影响占主导地位,当絮团粒径增大时,尽管絮团密度有所减小,沉速依旧随着粒径的增大而增大。
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