浮泥研究综述

郭龙先

摘要：详细介绍了浮泥研究进展情况，综述国内外学者对浮泥的定义，浮泥对于水质的影响，浮泥性质和观测、浮泥的流变特性和形成的条件。由于浮泥性质的特殊，运动规律极其复杂，影响因素很多，而且浮泥在野外测量和水槽试验方面存在很多技术上的困难，因此对浮泥的运动规律研究有待进一步深入和提高。

关键词：浮泥、综述、运动特性

浮泥的研究大约开始于二十世纪50年代，Inglis在研究英国泰晤士河的泥沙运动时首次使用了英文“FluidMud”一词。钱宁教授在《泥沙运动力学》中总结了我国浮泥的研究成果，重点对波浪作用下的浮泥运动作了较为全面的阐述。

1、浮泥的定义

一般认为，浮泥是贴近底床的一层高含沙水体，它与上层水体间有明显的界面，且其流动性很大。从广义上说，浮泥是悬浮在底床中的由悬移质，冲泻质颗粒组成的高含沙水体。浮泥在能量相对较低的环境中（如港池）一般是是静止的，而在能量较高的环境中（如河口海岸地区）则是运动的。

由于浮泥的许多特性与容重有密切的联系，因此大多是研究者都采用浮泥的容重或含沙濃度来定义浮泥。浮泥的流型会随着含沙量的变化而变化：当含沙量甚小时为牛顿流体，当含沙浓度稍大则为伪塑性流体，但当其含沙量继续增大时则为宾汉塑性流体。

浮泥的厚度范围在分米到米之间，LeHir对LorieEstuary研究，得到当地浮泥层厚度为1m，Guan对椒江河口研究，发现浮泥层厚度为0.35m。

2、浮泥对水质的影响

浮泥对于水质的影响主要在两个方面，首先是由于泥沙的悬扬，造成水体透光性的下降，导致水体中生物的生物化学作用受到影响。其次由于组成浮泥的泥沙颗粒普遍较细，一些有毒物质、重金属、营养物质容易吸附在这些泥沙上，造成污染物的大范围扩散。

泥沙颗粒的吸附主要分为物理吸附和化学吸附，物理吸附能力主要与泥沙的比表面积（面积/重量）有关，化学吸附能力与泥沙所含活性成分有关。如果把泥沙颗粒近似认为是球体，则其比表面积与半径成反比。因此泥沙粒径越小，比表面积越大，所含活性成分也越多，对有机物或重金属吸附量也越大。由于组成浮泥的泥沙颗粒都很小，其颗粒直径一般小于62.5微米，因而其吸附能力非常强。黄岁梁（1994）[1]通过试验系统的研究了不同泥沙粒径对重金属污染物吸附作用，其研究成果表明，在相同条件下，不同粒径泥沙单独存在时，泥沙吸附数量、吸附速率、分配系数都随泥沙粒径增大而减小。

禹雪中等（2004）[2]提出了泥沙的环境作用，该作用是指在水环境系统中，泥沙通过对污染物质的吸附与解吸，直接影响着污染物质在水固两相间的赋存状态。此外，伴随着泥沙在水体中的运动，污染物质在水体和底泥之中的赋存状态也发生了变化。因此，泥沙与水流共同成为污染物的主要载体，影响着污染物在水体中的迁移转化过程，从而最终影响着水生态环境的状态。

3、浮泥的组成

浮泥主要是由水以及粘土、淤泥颗粒组成，一般认为其颗粒直径小于62.5微米。李九发通过现场观测对长江口研究发现，长江河口浮泥由细颗粒泥沙组成，中值粒径在8-11.5微米，小于2微米的粘土占28.18%-36.39%。在不同地区，不同环境中，浮泥中水体的含量也不同。

4、浮泥的观测

自二十世纪五十年代以来，研究者就采用许多电波和声波仪器等测量海洋的各种参数，这些仪器的应用极大的促进了浮泥的现场观测。悬移质泥沙颗粒浓度可采用取样分析法，光学后向散射浊度计，超声波观测仪进行观测。

浮泥厚度的测量，可使用双频测深仪。其中，低频超声波能穿透浮泥层，反射出河床底部界面，高频超声波则不能穿透浮泥，反射出浮泥与水体之间的界面，两个界面的差值即为浮泥的厚度。

在国内浮泥的观测中，何青（1997）[3]采用超声波识别浮泥和部分固结的细颗粒泥沙底床，发现粗细颗粒泥沙在声速和声衰减方面表现出明显不同的特性。吴中（2002）[4]采用多普勒剖面流速仪（ADCP）和实时差分全球定位系统（DGPS）对水体底部浮泥和底沙表层推移速度进行对底跟踪走航观测，并得出了浮泥推移速度观测原理。许宝华（2009）[5]采用SILAS走航式水底浮泥连续密度测量系统、双频测深系统，结合γ定点浮泥测量，对象山港进港航道外干门浅段试挖槽浮泥观测研究，实现了浮泥密度、厚度及其变化的精确探测。

此外，高密度测沙仪也应用的较为广泛，其基本工作原理是：高密度测沙仪测量浮泥容重值，结合使用CTD与泥沙剖面观测仪来观测垂向水体含沙量和近底浮泥的变化过程，用浮泥分层取样管采取泥沙样品，同时采用海流计观测流速、流向等。

5、浮泥的流变特性

根据当地的水动力条件，浮泥自身的性质，浮泥可呈现出伪塑性，粘塑性，弹塑性流体的性质。在一般情况下，研究者认为浮泥表现出宾汉流体的特性。

此外，一些研究者认为浮泥既不是牛顿流体也不是理想的弹性体，而是具有黏弹塑性的特征，只是在某些特定情况下可以近似地简化为黏性流体、黏塑性体（宾汉体）、伪塑性体或弹塑性体。这些简化浮泥流变模型的确定，不仅取决于浮泥的物理特征，如密度、矿物组成、颗粒级配、盐度和温度等，而且与浮泥所受的应力应变状态有关。

6、浮泥产生的条件

曹祖德（1992）[6]描述了浮泥的产生过程：粘性土悬沙在沉降过程中，由于絮凝作用，泥颗粒形成絮粒，到达一定浓度后，絮粒聚集成蜂窝状高含水絮团结构，并与上层水体问出现清晰界面。他认为形成浮泥的必要条件是悬沙落淤率Fs大于浮泥沉积率D，分别由下式表示：

南京水利科学研究院、上海航道局等提出形成浮泥层主要需具备三个条件：高浓度的细颗粒泥沙;径流量与潮流量要成弱混合或缓混合发育的盐水楔;动力弱。

7、结论

浮泥在我国过去狭义地是指贴近底床的一层高含沙水体，它与上层水体间有明显的界面，且流动性很大。在河口、海湾、内河航道、湖泊等都可能存在浮泥。它与港口航道淤积、海岸河口演变、水库淤积、湖泊水质下降、航行水深利用等许多实际问题有关。由于浮泥性质的特殊，研究者对于浮泥的形成、运动的机制存在争议，而且浮泥在野外测量和水槽试验方面存在很多技术上的困难，因此这些年来对于浮泥的认识进展不大，对浮泥的运动规律研究有待进一步深入和提高。

参考文献：

[1]黄岁梁，万兆惠，张朝阳，王兰香.泥沙粒径对重金属污染物吸附影响的研究[J].水利学报.1994，（10）：53-60.

[2]禹雪中，钟德钰，李锦秀，廖文根.水环境中泥沙作用研究进展及分析[J].泥沙研究.2004，（6）：75-81.

[3]何青，马平亚.河口海岸近底泥沙的超声波特性[J].泥沙研究.1997，（4）.

[4]吴中，陈力平，游同林.底部浮泥表层推移速度分布的ADCP—GPS估测方

[5]许宝华，王真祥.象山港进港航道外干门浅段试挖槽浮泥观测研究[J].人民长江.2009，40（22）：67-68.

[6]曹祖德，浮泥特性研究进展[J]，水道港口，1992，（1）.