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我国河流季节性变化较大,丰水期含沙量较高,且悬沙组成主要为黏性细颗粒泥沙。由于其具有比重小比表面积大的特性,在天然水体中易吸附水体中的离子和污染物,改变泥沙表面理化性质,从而改变泥沙特性和泥沙运动规律。表面活性剂的广泛使用使得表面活性剂在水体中广泛存在,而表面活性剂对水域内泥沙运动的影响规律尚不清楚。因此,开展表面活性剂影响下的泥沙运动规律相关研究,对推动泥沙运动力学理论研究的发展具有积极意义。本文选取LAS(十二烷基苯磺酸钠)、CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)为代表性阴离子、阳离子表面活性剂,研究不同粒径、温度以及pH值条件下,两种典型离子型表面活性剂在水沙间的吸附解吸平衡关系,分析不同离子类型表面活性剂对泥沙表面电荷分布及絮凝程度的影响;通过室内Griffith管、沉降筒试验,探索不同离子类型表面活性剂对不同粒径组泥沙静水沉降行为的影响规律;通过动态水槽试验,研究不同水动力条件下吸附表面活性剂后的泥沙起动和沉降的变化规律,主要研究成果包括以下几个方面:(1)基于毛细管电泳仪建立了高效、快速检测水中阴离子表面活性剂LAS和阳离子表面活性剂CTAB的方法,结果表明:在优化实验条件下,无需前处理在20min内即可测定水中LAS含量,线性范围为0.5 mg/L~10 mg/L;在10min内即可检测水中CTAB含量,线性范围为0.5 mg/L~6 mg/L;与传统方法相比,该方法不仅提高了灵敏度,降低了检测时长,且样品量由200mL降至1mL。(2)分析对比了不同条件下表面活性剂在泥沙表面的吸附动力学过程,结果表明:阳离子表面活性剂CTAB在泥沙表面吸附量比阴离子表面活性剂LAS高出两个数量级,且表现出随着温度的升高,吸附速率增加,饱和吸附量降低的共性趋势。而pH数值大小对LAS和CTAB的吸附速率无明显影响,但随pH值升高,呈现出阴离子表面活性剂LAS饱和吸附量增加而阳离子表面活性剂CTAB吸附量减小现象。(3)分析对比了不同温度影响下表面活性剂在泥沙表面的吸附热力学过程,结果表明:阴离子表面活性剂LAS的吸附等温线呈L型,主要表现为物理吸附,阳离子表面活性剂CTAB的吸附等温线呈S型;LAS、CTAB的吸附等温线均较好地符合Langmuir吸附模式,相关系数都在0.9以上。(4)设计并搭建了模拟外源污染物对泥沙起动和沉降影响的试验装置,结果表明:该装置为小型装置,试验周期较短且在不同流速下水流均可保持为恒定流,且泥沙所受水流拖曳力相同;取样窗口采用连通器原理与水槽主体相连,取样过程不扰动水流运动形态。(5)借助泥沙动力学模拟装置研究了水流中泥沙沉降规律,结果表明:静水条件下,泥沙沉降速度随着LAS浓度升高而略微减小,随着CTAB浓度增加呈上升趋势,这与Zeta电位随浓度变化规律相吻合;在小于30 cm/s的流速条件下,表面活性剂对泥沙动水沉降速度影响较小,在试验范围内,动水平均沉降速度为0.007 cm/s±0.0005 cm/s,流速大于等于30 cm/s时,水体泥沙浓度不再发生变化;泥沙沉降速度随着LAS浓度升高而减小,随着CTAB浓度的升高而增加;在水体紊动条件下泥沙沉速均小于静水沉速。(6)借助泥沙动力学模拟装置,研究了不同含沙量和表面活性剂浓度条件下泥沙起动机制,结果表明:泥沙起动流速介于13 cm/s~20 cm/s之间,表面活性剂存在条件下,增大了泥沙表面粘滞系数,起动拖曳力增大,泥沙临界起动流速增加,但完全起动流速不变,且呈现阳离子表面活性剂CTAB比阴离子表面活性剂LAS对泥沙起动流速影响大的趋势。本论文通过创建基于毛细管电泳仪的表面活性剂检测方法和搭建模拟外源污染物对泥沙运动影响的试验装置,较为系统地分析和研究了表面活性剂对泥沙起动和沉降的影响规律,不仅为研究表面活性剂与泥沙之间的作用关系提供了理论依据,也为污染物对泥沙的影响建立了研究方法,对深入研究水沙运动规律具有重要意义。