Image-pro+plus软件在泥沙絮凝体结构特征分析中的应用

第29卷第4期2018年8月水资源与水工程学报JournalofWaterResources&WaterEngineeringVo1．29No．4Aug．，2018DOI：10．11705／j．issn．1672—643X．2018．04．26Image—proplus软件在泥沙絮凝体结构特征分析中的应用宋迪迪，张根广，张宇卓，李青(西北农林科技大学水利与建筑工程学院，旱寒区水T程安全研究中心，陕西省水工程安全与建设研究中心，陕西杨凌712100)摘要：利用Image—proplus图像处理软件，分析研究了絮凝体SEM图像，提取了絮凝体外形尺寸及絮凝体内孑L隙直径、孔隙率、孔隙比等特征，分析了这些特征与泥沙浓度及絮凝剂浓度的关系。结果表明：采用Image—proplus软件处理得到的絮凝体结构特征的变化规律与现有结论基本一致，絮凝体沉速随着絮凝体孔隙比的增大而减小，证明了Image—proplus软件应用于分析絮凝体SEM图像的可行性。关键词：泥沙絮凝体；结构特征；图像分析；絮凝体孔隙；表层分形维数；沉降速度中图分类号：TV149文献标识码：A文章编号：1672—643X(2018)04—0156—06Applicationofimage——proplusinanalysisofsedimentflocculationstructureSONGDidi，ZHANGGenguang，ZHANGYuzhuo，LIQing(WaterEngineermgSafetyResearchCenterinColdandAridRegion，WaterEngineeringSafetyandtheConstructionofResearchCenter，ShaanxiProvince，CollegeofWaterResourcesandArchitecturalEngineering，NorthwestA&FUniversity，Yangling7121O0，China)Abstract：UsingImage—Proplussoftware，weanalyzedtheSEMimagesandextractedthefeaturesofflocculation，suchasthediameter，porediameter，porosity，andvoidratio．Wealsoanalyzedtherela—tionshipsbetweenthefeaturesmentionedaboveandsandconcentration，andbetweenthesefeaturesandflocculantconcentration．TheresultsofflocculationcharacteristicsvariationlawsusingtheImage——proplussoftwarewereconsistentwiththeexistingconclusions，andflocculationsettingvelocitydecreasedwiththeincreasingvoidratio．Therefore，theImage—proplussoftwarecanbeappliedtoanalyzetheSEMimagesofflocculation．Keywords：sedimentfloes；structralcharacteristics；imageanalysis；porediameterofflocculation；sur—facefractaldimension；settlingvelocity1研究背景泥沙在沉降过程中，由于细颗粒泥沙间范德华力作用及表层电荷作用，使得泥沙颗粒具有一定的吸附力，进而吸附异电离子而形成双电层，或吸附较小的泥沙颗粒形成絮凝体。絮凝体之间通常以点与点、点与面或面与面等方式结合，造成絮凝体中形成孔隙¨J，絮凝体内孔隙将被自由水充填]，因此絮凝体沉速与单颗粒泥沙沉速有较大的不同，研究泥沙絮凝体孔隙特征，对研究絮凝体沉降速度具有重要的意义。研究表明，黏性细泥沙颗粒的粒径越小，其比表面积越大，泥沙颗粒的电化学作用越明显J，泥沙粒径越粗，絮凝的作用越弱。当泥沙颗粒粒径d>0．03mm时，絮凝现象不显著；当泥沙颗粒粒径d<0．03mm时，絮凝作用逐渐增强；当d<0．01mm时，絮凝作用明显加强。钱宁、马惠民、褚君达等人考虑了黏性细沙絮凝作用对水流特眭的影响，得到了泥沙絮凝体的沉速公式；20世纪80年代，Witten和Sander将分形理论引入黏性细颗粒泥沙的絮凝研究，Gonzalez等。。研究了雷诺数较小情况下的黏性细颗粒泥沙的沉降规律，收稿日期：2018一叭一05；修回日期：2018—03—15基金项目：国