CaCl2对细颗粒泥沙静水絮凝沉降的影响

细颗粒泥沙的絮凝或分散对土壤渗透性、土壤可蚀性有重要作用,是水土保持研究的重要内容.在CaCl2浓度为0～1.0 mmol/L,泥沙浓度为10 g/L时,用吸管法研究了CaCl2对细颗粒泥沙絮凝沉降的影响.结果表明:泥沙沉降分2个阶段,分选沉降段和絮凝沉降段;在絮凝沉降段,CaCl2浓度越大,絮凝沉降越快.但较高浓度时,细颗粒泥沙平均沉速反而随CaCl2浓度增大而逐渐减小;泥沙浓度随时间呈指数衰减;细颗粒泥沙絮凝临界粒径为0.03 mm.     

CaCl2对细颗粒泥沙静水絮凝沉积的影响

细颗粒泥沙的絮凝或分散对土壤渗透性,土壤、可蚀性有重要作用,是水土保持研究的重要内容。在ＣａＣｌ２浓度为０－１．０ｍｍｏｌ／Ｌ,泥沙浓度为１０ｇ／Ｌ时,用吸管法研究了ＣａＣｌ２对细颗粒泥沙絮凝沉降的影响,结果表明：泥沙沉降分２个阶段,分选沉降段和絮凝沉降段;在絮凝沉降段,ＣａＣｌ２浓度越大,絮凝沉降越快。但较高浓度时,细颗粒泥沙平均沉速反而随ＣａＣｌ２Ｉ浓度增大而农渐减小;泥沙浓度随时间呈指数衰减     

不同阳离子对紫色土细颗粒絮凝沉降的影响

以紫色土细颗粒泥沙作为研究对象,探讨不同阳离子对紫色土细颗粒絮凝沉降的影响.结果表明:(1)Na+浓度为0～10 mmol/L时,随着浓度升高悬液澄清的时间缩短,浓度为7 mmol/L时105 min后悬液澄清,当Na+浓度为10 mmol/L时,60～70 min达到澄清,临界絮凝浓度在5～7 mmol/L之间;(2)Ca2+浓度较高(0.8～1.0 mmol/L)时,其对细颗粒泥沙絮凝沉降的影响逐渐减小;(3)Al3+浓度在0～0.3mmol/L时对土壤颗粒沉降速度影响非常显著,＞0.3 mmol/L时,沉降速度略有增加,但幅度明显小于初始阶段;(4)3种电解质体系中土壤颗粒发生凝聚过程拐点的排斥压强均在1.3～1.4 atm之间.     

硫酸钾肥对静止黄河水泥沙絮凝沉降的影响

为探索硫酸钾肥对黄河水泥沙在静止状态下沉降的影响,以硫酸钾浓度和泥沙粒径为参数,用移液管法研究了5种硫酸钾浓度和4种粒径范围段(<100,50~100,34~50,<34μm)黄河泥沙的沉降过程,探讨不同硫酸钾浓度对细颗粒泥沙沉降絮凝的影响。结果表明:硫酸钾浓度越大,含沙量下降越快,泥沙沉降速度越大,初始粒径<100μm,当硫酸钾浓度分别为0,2.86,7,14mmol/L时,沉降30min后相对含沙量分别为35.35%,30.75%,27.02%,14.00%,中值沉速ω50分别为1.55,3.00,3.91,4.93cm/min;泥沙初始粒径越小,硫酸钾促进絮凝沉降的作用越明显,<34μm的泥沙受硫酸钾影响最大,当硫酸钾浓度从0增大到60mmol/L时,初始粒径为<34μm的泥沙絮凝后的中值沉降速度从1.38cm/min增加到8.53cm/min,增加518.12%,初始粒径为34~50μm的泥沙絮凝后的中值沉降速度从6.29cm/min增加到8.43cm/min,增加34.02%,初始粒径为50~100μm的泥沙中值沉降速度从7.12cm/min增加到7.59cm/min,增加6.60%;泥沙粒径越小,硫酸钾浓度越大,对絮凝后中值粒径的影响越大,当硫酸钾浓度从0增大到60mmol/L时,初始粒径为50~100μm的泥沙絮凝后中值粒径与硫酸钾浓度之间无明显规律,不同处理间无显著差异,硫酸钾基本对该粒径段泥沙絮凝沉降没有影响,初始粒径为34~50μm的泥沙絮凝后的中值粒径从38.8μm增加到41.0μm,增大5.76%,初始粒径<34μm的泥沙絮凝后中值粒径从15.7μm增加到21.6μm,增大37.82%;絮凝后沉降泥沙中小粒径颗粒相对含量减少,大粒径颗粒相对含量增加,最大粒径变大,泥沙初始粒径为<34μm、硫酸钾浓度为60mmol/L处理絮凝后最大粒径为200μm。研究成果为解决水肥一体化过程中的滴灌堵塞问题提供了参考。     

NaCl对细颗粒泥沙静水絮凝沉降影响初探

泥沙问题是黄河治理的关键，而黄河泥沙主要来源于中游黄土高原强烈的水土流失。在黄土高原，耕地水土流失面积占耕地总面积的71.3%［1］，其中坡耕地土壤流失量可占流域土壤总流失量的60%～70%［2］。水土流失时，土壤中的养分会随径流及侵蚀泥沙迁入水体［3］，使细颗粒泥沙发生絮凝或分散，而流失泥沙中细颗粒泥沙含量又往往高于耕层。细颗粒泥沙的絮凝或分散，对泥沙输移和沉积过程有重要作用，是造成水库、灌溉渠系以及港湾河口淤积的重要原因，也是研究高含沙水流、浑水淤灌，以及设计冲沙模型的基础［4］。同时，侵蚀径流中细颗粒泥沙的絮凝或分散也会影响表土的导水率，从而影响水土流失量［5，6］。显然，研究细颗粒泥沙的絮凝或分散对揭示土壤侵蚀机理，以及研究泥沙输移、沉积规律具有重要的意义。但以往研究多侧重于咸淡水交界地区的水质和沙样，较少考虑盐度变化对细颗粒泥沙运动的影响［7］。本文拟以天然级配的细颗粒泥沙作为研究对象，探讨不同浓度NaCl对细颗粒泥沙静水絮凝及沉降的影响，以期为有关问题的深入研究提供科学依据。     

加气对灌溉水黏性泥沙絮凝沉降的影响

为研究黄河水水肥气一体化灌溉时加气对灌溉水中黏性泥沙沉降能力的影响,配置5种浓度的高岭土悬浊液（1、3、5、7和10 g/L）和4种肥料质量分数（0、0.2%、0.5%、1.0%）的硫酸钾肥、复合肥及尿素浑水,分析了加气前后的相对含沙量、泥沙中值沉速和沉降泥沙中值粒径。结果表明：加气显著促进浓度为3～10 g/L黏性泥沙的絮凝沉降（P<0.05）,且促进作用随泥沙浓度的增加而增强。与未加气处理相比,冬、夏季加气处理后泥沙中值沉速分别提高48.67%～70.98%和33.04%～57.52%,沉降泥沙中值粒径增大7.62%～13.95%和6.83%～13.24%。加气促进黏性泥沙絮凝沉降的作用与浑水中施加的肥料类型及浓度有关,促进作用随肥料浓度的增加而减小。对于肥料质量分数为0.2%～1.0%的硫酸钾肥、复合肥及尿素浑水,加气处理后泥沙中值沉速分别提高20.00%～32.12%、18.71%～130.40%和91.19%～170.21%。施加硫酸钾肥加气后泥沙中值沉速最大,为0.399～0.450 mm/s,施加复合肥加气后泥沙中值沉速最小,为0.288～0.330 mm/s。加气、肥料类型、肥料浓度分别单独或交互均极显著影响泥沙沉降（P<0.01）。研究结果对于明确水肥气一体化灌溉管网系统泥沙淤积规律具有重要意义。     

NaCl溶液添加湿润剂灌溉对土壤入渗过程的影响

为进一步认识微咸水的入渗规律,采用室内土柱入渗试验,对比分析了不同矿化度(0,1,3,5g/L)的NaCl溶液加入湿润剂进行灌溉后盐碱土累积入渗量和入渗率随时间的变化,验证了在盐碱土中微咸水加湿润剂情况下不同公式描述入渗过程的适应性,并分析了全盐量和氯离子的剖面分布。结果表明:NaCl溶液添加湿润剂灌溉后,盐碱土的入渗能力随NaCl溶液矿化度的增加呈先增加后减小的趋势,入渗能力在NaCl溶液矿化度为3g/L时达到最大,超过3g/L后随NaCl溶液矿化度的增大而减小。湿润土层剖面含盐量及Cl-浓度在相同湿润锋随NaCl溶液矿化度的增加而增大,在湿润锋前达到最大。NaCl溶液矿化度为3g/L时,剖面含水率最大,其次是5,1,0g/L。4种不同矿化度NaCl溶液添加湿润剂条件下,Kostiakov公式的入渗率拟合值和实测值最为接近。     

表面电位对三峡库区细颗粒泥沙絮凝沉降的影响

测定了三峡库区紫色土细颗粒的表面电荷性质,用吸管法研究了K+和Mg2+体系对细颗粒泥沙静水沉降的影响。结果表明:(1)酸性紫色土、中性紫色土和石灰性紫色土细颗粒在Mg2+体系中的表面电位分别为-0.156,-0.171,-0.192V,在K+体系中约为其2倍;(2)当离子浓度为0.10molm-3时,三种紫色土细颗粒在Mg2+和K+体系中的泥沙平均沉降速度ω珚分别为1.56、1.47、1.35cmmin-1和1.05、1.01、0.99cmmin-1,表现为细颗粒泥沙表面电位值越大,其泥沙平均沉降速度越小;(3)在Mg2+离子体系和Na+离子体系中,三种紫色土细颗粒泥沙平均沉降速度ω珚随着电解质浓度的增大而加快。并且,细颗粒泥沙絮凝沉降在Mg2+和K+体系中均存在一个浓度临界点,在Mg2+体系中约为0.1molm-3,在K+体系中约为0.25molm-3。     

土坡面降雨水沙运移实验研究

黄土高原是我国植被破坏与水土流失最为严重的地区.本文基于室内坡地降雨实验,分析了(土娄)土坡面降雨入渗补给系数的变化,对比了不同雨强影响下径流泥沙含量和累积泥沙含量的时间变化趋势,并将侵蚀与入渗结合,分析了同时段产沙量和入渗率的变化关系,研究表明:入渗补给系数随雨强增大而逐渐减小,两者可描述为线性关系,雨强越小,入渗补给系数越高;降雨初始产沙值最大,在产沙10 min内变缓.雨强大的,初始产沙量和稳定沙量都稍大,但总体差异不大,产沙量分布曲线形状与入渗率曲线极为相似;不同雨强下累积泥沙量与降雨历时之间存在明显的幂函数关系,且幂函数的指数部分基本随降雨雨强增加而逐渐增加;不同雨强下入渗率和累积泥沙量的变化趋势相反,当累积泥沙量增加,相应的土壤入渗率减小,两者变化趋势随雨强增大而趋于明显.     

(土娄)土坡面降雨水沙运移实验研究

黄土高原是我国植被破坏与水土流失最为严重的地区。本文基于室内坡地降雨实验,分析了塿土坡面降雨入渗补给系数的变化,对比了不同雨强影响下径流泥沙含量和累积泥沙含量的时间变化趋势,并将侵蚀与入渗结合,分析了同时段产沙量和入渗率的变化关系,研究表明:入渗补给系数随雨强增大而逐渐减小,两者可描述为线性关系,雨强越小,入渗补给系数越高;降雨初始产沙值最大,在产沙10 min内变缓。雨强大的,初始产沙量和稳定沙量都稍大,但总体差异不大,产沙量分布曲线形状与入渗率曲线极为相似;不同雨强下累积泥沙量与降雨历时之间存在明显的幂函数关系,且幂函数的指数部分基本随降雨雨强增加而逐渐增加;不同雨强下入渗率和累积泥沙量的变化趋势相反,当累积泥沙量增加,相应的土壤入渗率减小,两者变化趋势随雨强增大而趋于明显。     

浑水含沙率对一维垂直入渗特性及致密层形成特性的影响

水中带沙是浑水灌溉较清水灌溉的本质区别，为揭示浑水含沙率对一维垂直入渗特性及致密层形成特性的影响，通过室内一维垂直入渗试验，以清水入渗为对照，设置了4个浑水含沙率水平(3%、6%、9%、12%)，研究了浑水含沙率对一维垂直入渗能力、湿润锋运移距离、致密层土壤颗粒组成及落淤层厚度等的影响，分别提出了以浑水含沙率和入渗历时为自变量的累积入渗量模型和湿润锋运移距离模型，建立了不同含沙率的浑水一维垂直入渗落淤层厚度与入渗历时之间的关系。结果表明：浑水累积入渗量、入渗率和湿润锋运移距离均随含沙率的增加而减小，而落淤层厚度随浑水含沙率的增加而增大；入渗初期(0～20 min)的落淤层厚度较小，入渗中期(20～130 min)的落淤层厚度增加较快，而其厚度增加速率逐渐变小，入渗后期的落淤层厚度稳定增加；随着浑水含沙率的增大，滞留现象越明显，落淤层细颗粒相对含量越少，粗颗粒相对含量越多；滞留层细颗粒相对含量随着含沙率的增加而增多，其物理性黏粒含量显著高于原土壤，特别是在入渗深度为0～1 cm处。     

Effect of hydrodynamics factors on sediment flocculation processes in estuaries

Purpose

Cohesive sediment is able to flocculate and create flocs, which are larger than individual particles and less dense. The phenomenon of flocculation has an important role in sediment transport processes such as settling, deposition and erosion. In this study, laboratory experiments were performed to investigate the effect of key hydrodynamic parameters such as suspended sediment concentration and salinity on floc size and settling velocity. Results were compared with previous laboratory and field studies at different estuaries.

Materials and methods

Experimental tests were conducted in a 1-L glass beaker of 11-cm diameter using suspended sediment samples from the Severn Estuary. A particle image velocimetry system and image processing routine were used to measure the floc size distribution and settling velocity.

Results and discussion

The settling velocity was found to range from 0.2 to 1.2 mm s^?1. Settling velocity changed in the case of increasing suspended sediment concentration and was controlled by the salinity. The faster settling velocity occurred when sediment concentration is higher or the salinity is lower than 2.5. On the other hand, at salinities higher than 20, in addition to increasing SSC, it was found that the situation was reversed, i.e. the lower the sediment concentration, the faster the settling velocity.

Conclusions

Sediment flocculation is enhanced with increasing sediment concentration but not with increasing salinity.

     

Capacitance sensors for measuring suspended sediment concentration

Measurements of suspended sediment concentration are of importance in soil erosion research and soil and water conservation practices and monitoring. A method of measuring sediment concentration with capacitance sensors was advanced in this study. The relationships between the sediment concentration in flowing water and the output of capacitance sensor, as affected by temperature, flow velocity, soil types and salt contents were experimentally investigated with two types of capacitance sensors. The temperature used in the experiments ranged from 0 to 40 degrees centigrade. Salt concentrations (NaCl) in the flowing water ranged from 0 to 5 g/L and the flow velocity varied between 0.5 to 2.0 m/s. Two types of soil (a loam and a sandy soil) with sediment concentration up to 70% were studied. The results showed that suspended sediment concentrations, over a wide range, were linearly correlated with the outputs of capacitance sensors. The outputs of the capacitance sensor increased with temperature, with little influence from flow velocity, soil types and salt concentration. The results suggest that capacitance sensors may be used for sediment concentration measurement of flowing water.     

含沙率对层状土浑水膜孔灌单点源自由入渗特性的影响

为探究不同浑水含沙率对层状土入渗特性的影响,通过室内膜孔灌自由入渗试验,研究了以夹砂层位置为5~10cm的层状土条件下清水和不同含沙率的浑水(2%,5%,7%,9%)入渗的累积入渗量、湿润锋运移规律以及湿润体内土壤含水量分布情况,分别建立了层状土不同含沙率浑水膜孔灌入渗量、湿润锋运移距离与入渗时间之间的关系;提出了基于清水入渗的不同浑水含沙率单位膜孔面积累积入渗量模型。结果表明:不同浑水含沙率累积入渗量变化趋势一致,但含沙率越大,累积入渗量越小,浑水减渗作用越明显,对应入渗系数越小,入渗指数越大;湿润锋运移距离随含沙率的增大而减小,当水分入渗到壤—砂交界面时,湿润锋在垂向上出现明显停滞,仅在水平方向上随入渗时间不断推进;供水结束后不同浑水含沙率下土壤湿润体内水分主要集中砂层以上,土壤含水量随浑水含沙率的增大而减小。研究结果可为进一步研究层状土浑水膜孔灌灌溉技术提供理论参考。     

浑水含沙率对膜孔灌肥液入渗土壤水氮运移特性的影响

为研究浑水膜孔灌条件下含沙率对膜孔灌肥液入渗土壤水氮运移特性的影响,通过室内膜孔入渗试验,设5个含沙率水平(0、3%、6%、9%、12%),观测累积入渗量、湿润锋运移距离、湿润体内水分以及NO-3-N和NH4+-N运移变化特性。结果表明:浑水含沙率越大,湿润锋运移距离越小,相同入渗历时内湿润体体积和高含水率区域越小,湿润体内同一位置处土壤含水率越小。单位膜孔面积累积入渗量与入渗时间符合Kostiakov模型(R2>0.9,P<0.01);随着浑水含沙率的逐渐增大,入渗系数逐渐减小,而入渗指数基本不变。垂直湿润锋运移距离和减渗率均与入渗时间呈极显著的幂函数关系,含沙率对减渗率的影响主要是通过对减渗系数的影响来实现。湿润体土壤NO-3-N和NH4+-N含量随着浑水含沙率的增大而减小,且在膜孔中心附近区域其含量均较高。土壤NO-3-N主要集中分布在湿润半径10 cm范围内,湿润体水平方向及膜孔垂向土壤NO-3-N含量均随着距膜孔中心距离的增加而降低;而土壤NH4+-N主要集中分布在湿润半径5 cm范围内,湿润半径5~10 cm范围内的土壤NH4+-N含量随着土壤深度的增加而降低。研究结果可为进一步深入研究浑水膜孔灌肥液入渗提供理论依据。     

氯化钠不同浓度对夏玉米生长和吸氮的影响

采用珍珠岩为基质的温室盆栽试验,研究不同盐分(NaCl)水平对夏玉米生长和吸氮的影响。试验设灌溉水中NaCl浓度为0、10、20、40和60mmol.L5个处理。结果表明,在出苗后的25～101d(7月25日～10月10日),当NaCl浓度达到60mmol.L时,明显降低了夏玉米的叶面积、株高、干物质量和根长;盐分对植株体内各器官的氮含量影响不大。随着NaCl含量的增加,植株的总氮累积量将减少,且植株中累积氮量随时间呈二次函数增长。     

不同碎石含量的土壤降雨入渗和产沙过程初步研究

碎石的存在改变了均质土壤的某些物理特性，降雨入渗和侵蚀产沙过程也因此受到影响，获取相关知识有助于模拟和预测土石混合介质中发生的水土过程。试验在模拟降雨条件下，对4种不同碎石含量(质量含量分别为0%，10%，20%和30%)的土壤入渗和产沙过程进行了室内研究。结果表明，碎石含量为10%时，土壤入渗率最大，当碎石含量超过10%时，入渗率反而降低；4种不同碎石含量的土壤侵蚀产沙高峰期均出现在降雨初期0～20 min，此后土壤侵蚀产沙相对稳定且在不同碎石含量的土壤间差别不大；降雨过程中，10%碎石含量的土壤侵蚀含沙率一直保持稳定较低水平，其他碎石含量的土壤侵蚀含沙率起初很高并在0～10 min内急剧下降，此后与10%碎石含量的土壤侵蚀含沙率接近。     

农牧业交错区禾本植被过滤带过滤效果模拟

为探究内蒙古岱海流域农牧业交错区禾本植被过滤带截流减沙效果对入流强度和泥沙含量的响应。在内蒙古中部农牧业交错区的巨宝庄镇试验区设置不同来水流量(0.77,0.9,1.08,1.26 L/s)和泥沙含量(0.04,0.06,0.08,0.1 g/cm³),共计16个处理,研究不同来水条件下植被过滤带的截流减沙效果。基于VFSMOD模型模拟,并优化该地区植被过滤带参数。结果表明:VFSMOD模型可以较好地对冰草、羊草混播植被过滤带泥沙和径流出流量进行模拟。植被过滤带前期对径流拦蓄主要依靠入渗,入流强度增加缩短了径流出流时间,0.77 L/s入流强度水流经过过滤带后出流时间分别为0.9,1.08,1.26 L/s入流强度下出流时间的1.3,1.6,1.6倍。0.77,0.9 L/s入流强度下泥沙出流量趋于稳定,而1.08,1.26 L/s入流强度下泥沙出流量随时间推移而增加。入流泥沙含量和入流强度对出流泥沙量影响显著(p＜0.05)。     

不同浓度浑水入渗试验研究

黄土高原地区暴雨径流形成高含沙浑水,其人渗特点直接影响着坡面产流产沙,探求不同浓度浑水入渗规律,对于坡面土壤侵蚀机理研究具有指导意义.以清水入渗为对照,试验测定了不同浓度浑水入渗特征、入渗过程和浑水减渗率等项目.分析结果表明,第1 min末的入渗速率、稳定入渗速率和累积入渗量均随浑水浓度增加呈指数函数关系递减,而减渗率随浑水浓度增加呈对数函数关系递增.两种关系均随着浓度增加呈稳定趋势.清水的累积入渗量在相同时段内始终最大,随着泥沙浓度增加,累积入渗量减小,说明浑水具有阻渗作用.     

调沙库与沟滩联治

在沟道内建设调沙库可以调洪调沙,淤灌川坪农田和滩涂,达到既治沟又治滩的双重目标。实现沟滩联治的关键是调沙库的排沙能力。泥沙落淤经过自由沉降、群体沉降、浓缩沉降过程之后,在库区床面以上形成固结层、浓缩层、悬浮层、清水层。在未形成固结层之前可以高浓度自流排放,而不需要耗用大量清水。采用涡旋管排沙,可使底层含沙量大的水流进入涡旋管后形成强大的涡旋流,使泄量和挟沙能力增大,避免了泥沙的滞留淤积。涡旋管纵向开口的宽度b与涡旋管直径D的比值为0.1～0.3时,可保证管中涡旋流有足够的强度。当进库泥沙含量为200kg/m~3时,从出现清浑界面到开始形成固结层,其平均沉速为0.002cm/s,一日沉降距离只有172.8cm,设定拦蓄水深为18m,则在来洪10天内排放就可达到高含沙排放的目的。