水库泥沙絮凝的综合分析技术应用探讨

絮凝问题的研究由来已久，取得的成果也很多，但基本都是以淡海水混合地区开展的研究为主，以淡水区域开展的絮凝研究很少，从而在传统思维里形成淡水区域不存在泥沙絮凝的印象。随着测量技术手段的发展，淡水泥沙是否存在絮凝的问题逐渐明朗化。

（1）陈锦山等依据2009年9—10月金沙江石鼓至长江口门徐六泾河段13个断面的测量资料进行了较为系统的分析，测量方法采用现场激光粒度仪（LISST—100）与室内离散粒径进行对比，得到了长江干流泥沙絮凝现象普遍存在、三峡水库蓄水有利于絮团成长的基本结论。

（2）本研究进一步论证了三峡水库蓄水运用后泥沙絮凝普遍存在，在三峡水库819个水体取样点中，99.4%的取样点存在不同程度的絮凝，其中83.6%的絮团直径是单颗粒粒径的2～8倍；此外，从2013年12月坝前淤积底泥表层的取样分析结果也证实了泥沙絮凝的存在，絮团直径是单颗粒粒径的2～3倍。

图3.3-23　絮凝因数与水体含沙量之间的关系(www.xing528.com)

（3）三峡水库泥沙絮凝观测资料分析表明，流速和含沙量是影响三峡水库泥沙絮凝的主要因素，库区水流流速小于0.70m/s、含沙量大于0.3kg/m3时有利于库区泥沙絮凝的产生，由实测资料分析得到的泥沙絮凝临界粒径约为0.022mm。三峡水库水体环境因素观测表明，水体主要阳离子为钙离子和镁离子，含量分别为38.51～47.35mg/L和11.58～14.98mg/L；非汛期，壅水河段的水流流速基本都在0.70m/s以下；汛期含沙量有时在0.3kg/m3以上，但非汛期含沙量基本都在0.50kg/m3以下，入库泥沙中粒径小于0.018mm的约占60%以上。因此，结合三峡水库实测资料分析的泥沙絮凝基本阈值及水体环境要素变化范围，可以确定三峡水库存在泥沙絮凝现象。

（4）根据DLVO絮凝动力学理论和实测资料分析结果，三峡水库泥沙絮凝临界粒径约为0.02mm，该粒径逃脱第一极小值所需的颗粒间最小相对速度约为7mm/s，而越过势垒所需的最小相对速度约为0.12m/s；当三峡水库蓄水至160m以上时，泥沙颗粒间的相对流速绝大部分都是小于7mm/s的，基本没有超过0.12m/s的，三峡水库泥沙颗粒产生的絮凝主要为弱絮凝。

（5）试验结果表明，在三峡水库水体含沙量的变化范围内，无论含沙量如何变化，三峡水库水体中泥沙粒径大于0.02mm的泥沙在沉降过程中基本不产生絮凝；小于0.02mm的细颗粒泥沙将受到絮凝影响，絮团沉降效率明显高于单颗粒状态的泥沙沉降效率，含沙量越大，泥沙絮凝也越为明显；当含沙量小于0.3kg/m3时，泥沙絮凝现象显著减少；三峡水库泥沙絮凝的临界粒径大小与含沙量浓度无关，在试验选用的泥沙级配中，受絮凝影响的泥沙约占所有泥沙的83%，反映絮凝前后泥沙沉速变化的絮凝因数F以及物质沉降通量因数R与含沙量成对数关系。

综上所述，三峡水库泥沙絮凝具有以下基本特点：①库区泥沙发生絮凝的临界粒径约为0.02mm，入库泥沙中小于此粒径的颗粒均具备形成絮凝的基本条件；②水库泥沙絮凝形成的有利水沙条件为流速小于0.7m/s及含沙量大于0.30kg/m3，此条件下絮凝具有普遍性；③库区水体中泥沙颗粒间的相对动能较小，难以越过颗粒间的势垒排斥力而形成稳定的大絮团结构，只能形成相对较小的絮团结构，其中约85%的絮团直径是单颗粒粒径的2～8倍。