河流泥沙特性及其相关测定解释.doc

河流泥沙理化特征及其测定方和效应分析 摘要：本文就河流泥沙的理化特征及其测定方法进行介绍，并通过河流泥沙在运输过程中与水体污染物的相互作用，讨论河流泥沙对重金属、氮、磷和其他污染物的影响，并最终影响河流水质。最后讨论了泥沙的环境效应，并对不同季节，不同河流的泥沙环境效应进行简要叙述。 关键词：河流泥沙 理化特征 吸附 环境效应 一、引言 对河流水环境和水质而言,河流泥沙不仅其本身就是水体污染物,而且河流泥沙通常具有较大的比表面,并含有大量活性官能团,因而成为水体中微量污染物的主要载体,在很大程度上决定着这些污染物在水体中的迁移、转化和生物效应等。因此,河流水环境研究和水资源保护不能忽视河流泥沙。 河流泥沙的理化特征及测定方法 河流泥沙的理化特征包括：几何特性，如：粒度大小、比表面积和粒径分布；水力特性，如：泥沙沉速；泥沙的重度：如容重和密度，干容重和干密度；以及泥沙的化学组成和电化学特性，泥沙絮团的压密特性，河流含沙量等。 粒径大小和粒径分布及其测定 泥沙颗粒的大小通常用粒径D表示，按照粒径大小，将泥沙颗粒分为：粘粒、粉砂、沙粒、砾石、卵石和漂石。粒径较大的泥沙通常被限制在河床底部随水流以滑动、滚动或跳跃的形式运动，而粒径较小的泥沙是在水流的紊动扩散作用下悬浮于水体中的泥沙, 在水体中的空间分布范围非常大, 与进入水体中的污染物的接触面比推移质要大得多, 它对进入水体中的污染物具有很强的吸附作用。 粒径的测量方法有超声测量法等。超声法测粒是指利用声波在介质传播中的声能衰减、颗粒对声波的散射、以及相速度的改变等效应测量颗粒粒度及浓度。由于超声频率具备较宽的频带，可以确保测量从纳米级到毫米级的很宽范围的颗粒。且声波穿透率强, 因此, 超声法在高浓度颗粒两相介质测量方面具备了很多其他测粒方法所不具备的特点和无可比拟的优越性, 该特性使其在无须稀释、快速、可靠的在线颗粒测量时可以得到很好的应用。 对于泥沙的粒径分布目前可用超声衰减谱法测量颗粒两相流粒径分布，过程可以概括为：基于一个合适的理论模型对已知物性参数的颗粒两相流预测其声衰减谱，再根据实测的系统声衰减谱，结合颗粒系和声衰减谱对应的模型矩阵进行数据反演， 最终得到颗粒两相流系统的真实粒度分布。 黄河泥沙的颗粒级配：进入黄河河道的泥沙以悬移质为主,而推移质所占百分比很小. 黄河中游悬移质泥沙的粒度组成中, 小于01007 mm的粘粒、01007～01025 mm的粉粒以及01025～0105 mm的粉砂3 部分之和占5618 %～7114 % ,而大于0110 mm 的砂粒仅占317 %～11 %. 这说明黄河中游悬浮泥沙的粒度偏细。 悬移质泥沙颗粒级配的季节性变化十分明显,汛期悬移质泥沙颗粒的中值粒径明显小于非汛期. 这是因为汛期悬移质主要来自暴雨造成的流域面上土壤侵蚀(水土流失) ,而非汛期特别是枯水期的悬移质泥沙多来自河床冲刷. 河流泥沙浓度及其测定 河流泥沙的检测主要包括其浓度和粒径分布的测量。单位体积浑水中所含泥沙的数量称含沙量。河流含沙量随时间而变化。一年中最大含沙量出现在汛期, 最小含沙量在枯水期。在一次洪水过程中, 最大含沙量称沙峰。沙峰不一定与洪峰同时出现, 一年中首场大洪水的沙峰常比洪峰出现早, 以后则可能同时出现, 也可能沙峰滞后于洪峰。含沙量沿水深的分布, 通常在水面处最小, 河底处最大。悬移质中粗粒泥沙含量近河底很大。自河底向上则急剧减小。较细的颗粒, 如粉沙和粘土, 沿水深的分布则较均匀。含沙量沿水深基本呈某种指数曲线分布, 指数值与泥沙颗粒的大小和水流条件有关。由于水内各种副流的影响, 最大的含沙量也可能不在靠近河底, 而是在河底以上的某一位置。含沙量在河流横断面上的分布随断面上水流情况不同而异。如水流在断面上的分布比较均匀, 含沙量的横向分布较均匀。如水流情况较复杂, 则含沙量的横向分布往往很不均匀。含沙量沿河长的分布, 一般从上游向下游递减, 也取决于流域产沙特性、河道特性和支流汇入等因素的影响程度。 目前对于泥沙浓度测量的方法主要有振动法、光电法、γ 射线法、超声法以及激光法。由于超声波穿透率强，并且具有较宽的频带，因此对于较高浓度的泥沙进行在线测量时，超声法具有无需稀释、快速、实时等优势。 比表面积及其测定 泥沙成分主要为有机质和矿物质, 颗粒表面还附着一定的微生物, 所以泥沙颗粒的吸附有物理吸附和化学吸附2 种类型。物理吸附主要与泥沙的比表面积( 面积/ 体积) 有关, 化学吸附则与泥沙所含活性成分有关。一般说, 泥沙颗粒的粒径越小, 比表面积越大; 所含活性成分越多, 有机物或重金属的吸附量越大。 测定粒子比表面积的方法及仪器很多,本文采用透气法, 它是依据气体流过固定厚度的不同形状和粒径的泥沙时,所