基于图像处理的泥沙轮廓提取对比分析

利用数字图像处理技术对拍摄的泥沙颗粒图像进行处理,提取泥沙颗粒轮廓及位置坐标,为实时测量推移质输沙率提供了基础。本文基于数字图像处理技术,阐述了图像轮廓提取的一些基础知识,介绍了三种常用的图像轮廓提取方法,展示了这三种方法轮廓提取的效果,并进行了对比分析,结果表明当所处理的图像包含不同粒径的泥沙颗粒时,边缘检测算法提取的泥沙颗粒数量效果最好。     

基于RGB图像的泥沙颗粒粒径测试技术研究

针对泥沙颗粒8位灰度图像存在边缘模糊、对比度低等问题,采用RGB图像以提高泥沙颗粒图像的灰度等级和边缘灰度梯度。基于泥沙颗粒图像RGB分布特征,以直方图峰值灰度作为阈值进行图像分割,减小背景干扰;创建行搜索法,提取泥沙颗粒行中心点和行边界点;运用连通域对泥沙颗粒图像空心及局部缺失等现象进行判别填充,实现泥沙颗粒图像的精确提取。建立正方形等效法,其等效粒径为圆形等效粒径的槡π/2。应用表明,相对于8位灰度图像,RGB泥沙颗粒图像识别率更高,形态提取更完整,且正方形等效法测量结果与筛分法测量结果一致。     

超声波振动仪器在采用沉降法进行粘性泥沙粒径分析中的应用

本文提出在粘性泥沙粒径颗粒分析中使用超声波振动仪器进行细颗粒泥沙分散的方法,使用基于沉降法原理的TZC-4粒度分析仪,采用三种不同的颗粒粒径测量工艺分别对乐清湾港区、阳澄湖、奉贤边滩、上海闵行河道四种不同的泥样进行了颗粒粒径分析,并与现有规范规定的测量工艺所得结果进行了对比。实验分析表明,该方法能够有效地测量泥沙的基本粒径,泥沙颗粒越细,该方法的优越性越为突出。     

两种不同测量方法测试细泥沙粒度对比分析

随着各种原理粒度仪的广泛使用,有必要在相同条件下,对不同测量方法的泥沙粒度级配测定结果进行对比分析,从而确定相关关系.本文精心挑选具有代表性的50个较细泥沙样品分别用吸管沉降法和激光衍射法进行泥沙粒度分析.结果表明:激光法的测试结果相对偏粗,而且是泥沙粒径越细偏差越大,经过两种方法粒度级配线性相关性分析发现,二者的相关...     

流域产输沙模型中考虑泥沙来源的动态粒径计算方法

为准确反映泥沙粒径分布特征在不同时间尺度上的变化过程,提高流域产输沙模型的模拟精度,以黄河干流玛曲水文站以上区域为研究对象,根据不同季节的泥沙来源不同这一特点,采用坡面、谷沟、河道各来源的泥沙量作为权重,基于WEP-SED分布式流域产输沙模型对流域产输沙过程中的综合泥沙中值粒径进行加权平均计算,并对采用泥沙固定粒径计算方法和不同来源的泥沙动态粒径计算方法的模型模拟的玛曲水文站输沙率进行比较。结果表明：与采用泥沙固定粒径计算方法相比,采用泥沙动态粒径计算方法可有效提高模型模拟精度,其NSE值从0.601提升至0.706;采用泥沙动态粒径计算方法模拟的泥沙中值粒径呈现汛期小、非汛期大的动态变化规律,其年内分布规律与实测资料一致。     

水利工程沉沙池泥沙沉降计算方法分析与验证

介绍了水利工程沉沙池泥沙沉降计算方法,并结合实例对各种方法进行了分析验证。结果表明:采用准静水沉降法计算的泥沙分组沉降率与实测分组沉降率存在明显的偏差;泥沙颗粒平均粒径范围为0.175～0.570 mm、含沙量为0.25～1.00 kg/m3时计算泥沙沉降采用沉降概率法较为合适;二度流超饱和输沙法假设流速和扩散系数沿垂线方向为常数,但沉沙池中泥沙沿垂直分布为紊流且为不均匀流,因此该法存在缺陷;一度流超饱和输沙法考虑挟沙水流超饱和和水流向上紊流的特点,将悬移质泥沙粒径按大于或小于0.25 mm分别进行计算,其沉降率计算值与实际观测值非常接近,便于实际应用。     

恒定流中泥沙运动速度实验

泥沙颗粒运动速度与水流运动速度是不一致的,进而会对水流输沙和河床演变产生影响。通过采用粒子追踪测速方法(Particle Tracking Velocimetry-PTV)和粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry-PIV)测量了水槽中2种粒径的泥沙颗粒运动速度及相应的水流运动速度。实验结果表明,泥沙颗粒运动速度沿垂线分布与水流速度不一致,在对数区,泥沙颗粒的运动速度略小于水流的速度,泥沙运动滞后于水流运动;在近壁区,泥沙颗粒的运动速度大于水流速度,且在本实验的粒径范围内,随着泥沙颗粒粒径增大,泥沙颗粒的运动速度也随之增大。     

激光法与筛分法泥沙颗粒分析结果的相关性

为了探讨激光法和筛分法测量成果之间的相关关系,选取黄河龙门水文站床沙质样品分别进行了测试,结果表明：①针对本次分析的黄河泥沙样品,激光法测试结果比筛分法系统偏粗;②激光法和筛分法测试结果在最大粒径级和最小粒径级的差值相对较小,中间粒径级的差值相对较大;③激光法和筛分法的测试结果之间具有较好的相关性,中值粒径和平均粒径的相关系数均为0．96。同时,提出了以下建议：①对激光法和筛分法资料成果之间的差异还需要继续进行试验研究,并从不同沙源、不同沙型等方面进行样品采集与测试;②从理论和实践上进一步分析激光法和筛分法二者之间的相关关系,为我国泥沙颗粒分析工作新技术的开发应用提供技术支撑。     

1-7河流泥沙10组分界粒径述评

从分界理论和分界阈值等方面,对泥沙分类、球体泥沙沉速、单矿质泥沙、黏粒溶胶、泥沙絮凝、泥沙触变、淤积初始干密度、沙波初始形态、推移质悬移质、床沙质冲泻质等冲积河流泥沙10组分界粒径(分界阈值上界为2.0 mm、下界为0.001 mm)进行了概述,给出了10组分界粒径的特性表和“谱系表”。10组分界粒径的本质核心是粗沙与细沙的划分;基于属性分类方法,10组分界粒径可划分为主要基于泥沙特性(第Ⅰ类),依赖于泥沙与水流两者特性(第Ⅱ类),依赖于泥沙、水流和河床演变三者特性(第Ⅲ类)3种类型;基于确定性分类方法,又可划分为分界意义明确和分界阈值确定(A类)、分界意义明确性较差或者分界阈值确定性较弱(C类)、介于两者之间(B类)3种类型。归纳提出了粗沙与细沙分界粒径、分界粒径与临界流速、泥沙沉速与起动流速等有关河流泥沙分界粒径的讨论问题和研究课题。研究成果提升了河流泥沙分界粒径的系统性和重要性,建立了泥沙“微观”特性与河流“宏观”特性之间的联系。     

水电站沉沙池泥沙最小危害粒径选择分析

针对泥沙最小危害粒径选择十分复杂、目前尚未取得突破性进展、许多问题还有待深入研究的现状,首先对影响水轮机磨损的主要因素进行全面系统分析,说明目前国内泥沙最小危害粒径选择方法不够准确。在补充设计水头、水中泥沙含量、水流相对流速等水沙因子综合因素修正基础上,通过不同泥沙最小危害粒径的沉沙池投资和水轮机磨损维修费分析,进行泥沙最小危害粒径选择,并将此方法在麻子河一级水电站应用。结果表明:泥沙最小危害粒径越小沉沙池投资越大,水轮机磨损维修费越小,当泥沙最小危害粒径0.25 mm时,沉沙池投资与水轮机磨损维修费合计费用最少,因此沉沙池泥沙最小危害粒径选择0.25 mm合理的,充补水沙因子综合因素修正选择泥沙最小危害粒径方法是可行的。     

Measurement of particle size based on digital imaging technique

To improve the analysis methods for the measurement of the sediment particle sizes with a wide distribution and of irregular shapes, a sediment particle image measurement, an analysis system, and an extraction algorithm of the optimal threshold based on the gray histogram peak values are proposed. Recording the pixels of the sediment particles by labeling them, the algorithm can effectively separate the sediment particle images from the background images using the equivalent pixel circles with the same diameters to represent the sediment particles. Compared with the laser analyzer for the case of blue plastic sands, the measurement results of the system are shown to be reasonably similar. The errors are mainly due to the small size of the particles and the limitation of the apparatus. The measurement accuracy can be improved by increasing the Charge-Coupled Devices (CCD) camera resolution. The analysis method of the sediment particle images can provide a technical support for the rapid measurement of the sediment particle size and its distribution.     

超声衰减谱法测量泥沙粒度分布

利用超声衰减谱的测量,可以获得泥沙中颗粒粒度分布信息。采用超声耦合相模型和Bouguer-Lambert-Beer-Law散射模型的叠加描述河流泥沙中超声衰减行为,宽频超声换能器测量得到2MHZ至7MHZ间泥沙声衰减谱,结合独立模式的最优正则化反演算法,获得了体积浓度4.5%,12.4%,15.8%下泥沙的颗粒粒度分布。结果表明,超声衰减谱法能在体积浓度直至15.8%的高浓度条件下获得泥沙颗粒粒度分布,并且测量得到的平均粒度受浓度变化影响较小。将超声法测量结果与光学图像法测量结果相比较,两种测量方法得到的结果较为吻合。     

径流小区集流桶含沙量全深剖面采样器的研制与试验

径流小区是土壤侵蚀监测的一个重要方法,对其集流桶中含沙量的测定则是侵蚀监测准确与否的关键。在以北京土石山区为代表的粗砂多砂区,传统的搅拌方法无法测得准确的含沙量。因此研制了集流桶含沙量全深剖面采样器,意于以一种简单的采样技术代替传统方法来提高含沙量的测量精度。本研究的目的在于通过实地的系统试验验证采样器的适用性。结果证明采样器的测量精度相对于传统方法有了很大的改进,同时采集泥沙的机械组成符合实际侵蚀状况。     

图像处理技术及其在泥沙运动研究中的应用

总结了在悬移质泥沙运动特性试验研究中常用的量测手段，介绍了图像处理技术的基本原理和系统的组成，针对图像处理中的几个具体问题，特别是光片厚度和粒子浓度的选择，结合实践经验进行了讨论．利用开发的颗粒示踪与图像处理系统，对明槽悬移质颗粒的运动特性进行了量测．实践表明，图像处理技术为悬移质颗粒运动特性的研究提供了有力的手段．     

基于数字平台的黄河多沙粗沙区分布式水文模型研究

本文以黄河无定河水系岔巴沟流域为例，针对其气候、植被以及下垫面条件等时空变化特征，在全流域1∶1万DEM基础上，建立了具有物理基础的分布式流域水文模型，模型由网格单元的超渗产流模型和汇流模型组成，提出了考虑流域水保措施的流域汇流计算。使用该模型对1970～1989年大中场次洪水进行模拟计算，结果表明：计算值与实测值基本吻合。     

泥沙颗粒生长生物膜后沉降的实验研究Ⅰ：实验设计及粒径变化

天然河道与湖泊的水污染问题日益受到广泛的重视,对泥沙颗粒的基本特性的研究也开始与水体污染物质的吸附解析、微生物的吸附成膜等水环境生态方面结合起来。本文通过对官厅水库的泥沙分组进行培养,并采用先进的图像采集观测系统,对泥沙生长生物膜后的絮体在沉降时进行拍摄采集,探讨了颗粒级配的变化情况。同时利用得到的颗粒特征值,推导了水体不同营养条件下的粒径变化公式。数据表明泥沙在生物膜的作用下形成新的泥沙生物絮体颗粒,能够在水沙交界面上形成粒径范围很宽的颗粒组使得级配变化显著。     

粗细泥沙挟沙能力研究

文中导出了均匀沙、非均匀粗细泥沙平衡和不平衡状态下的挟沙能力公式，反映出含沙量、来沙量、级配和粘性对挟沙能力的影响。     

韩国京仁阿拉航道泥沙技术咨询

首先从航道泥沙淤积原因、减少航道淤积措施、泥沙原型观测方法、流域泥沙疏导措施、三峡工程泥沙研究等5个方面总结了中国水利枢纽工程航道泥沙治理的技术、研究与实践。指出了韩国京仁阿拉航道4个关键泥沙问题:流域产沙输沙估算与观测,航道输沙能力复核与泥沙监测,渠首防沙工程与非工程措施,航道泥沙疏浚与回淤评估。最后提出了京仁阿拉航道泥沙观测、治理与研究一揽子建议。