基于SEM图像的细颗粒泥沙絮体3维分形研究及其应用.pdf

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1、第4-4卷第1期四川大学学报(工程科学版)Vo1．44No．12012年1月JOURNALOFSICHUANUNIVERSITY(ENGINEERINGSCIENCEEDITION)Jan．2012文章编号：1009．3087(2012)01-,0088-05基于SEM图像的细颗粒泥沙絮体3维分形研究及其应用柴朝晖，杨国录，陈萌(武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室污淤泥研究中心，湖北武汉430072)摘要：具有分形特征是细颗粒泥沙絮体的重要特性，为了解决目前主要是通过絮体SEM图像研究其2维分形特性的

2、问题，利用SEM图像灰度值重建细颗粒泥沙絮体3维图像，通过MATLAB编程用盒计数法计算絮体3维分形维数；然后基于絮体3维分形维数，推导出细颗粒泥沙静水沉降时清浑交界面的沉降公式，并将其应用在滇池底泥清混交界面的沉降计算中，其计算误差在5％以内。结果表明，直接利用絮体SEM图像计算絮体3维分形维数是可行的，避免了图像处理中人为误差的引入，且通过其推导的沉降公式可用于计算清混交界面的沉速。关键词：细颗粒泥沙；SEM图像；3维分形维数；清浑交界面中图分类号：TV142．1文献标志码：A3-DFraetalStud

3、yofFineSedimentFloeUsingSEMImageandItsApplicationCHAIZhao—hui，YANGGuo-lu，CHENMeng(SewageSludgeandSiltResearchCentre，StateKeyLab．ofWaterResourcesandHydropowerEng．Sci．，WuhanUniv．，Wuhan430072，China)Abstract：Animportantcharacteristicofflocformedbyfinesedimentis

4、itsfractalfeature，butmanyresearcheshavebeenfocusedon2．DfractalpropertiesthroughanalyzingSEMimageoffloc．Inordertosolvethisproblem，3-Dimageoffloeswasreconstructedundergrayvalues，and3-Dfractaldimensionofflocswascalculatedusingbox·countingmethodwitllthehelpofMA

5、TLABprogramming．Moreover，asettlingformulaofinterfacewasderivedbasedon3-DfraetaldimensionoffloesandusedinthesettlingcalculationofinterfaceofsiltinDianehiLake．withthecalculationerrorof5％．Theresultsshowedthatitispracticabletousegrey-scaleimagetoobtain3-Dfracta

6、ldimensionoffloes，whichCanavoidman-madeerrorintheimageprocessing，andtheformuladeducedfrom3-Dfractaldimensionisa-vailabletocalculatetllesettlingvelocityoftheinterface．Keywords：finesediment；SEMimage；3一Dfraetaldimension；interface当泥沙粒径较小时，其表面电化学性质显著，可能满足研究需要，分形

7、理论的提出，为细颗粒泥沙絮使泥沙在水中运动时絮凝形成网状絮体。无论是几凝的研究提供了一个全新的角度。国内外学者在分何形态还是力学性质，絮体都与传统的单颗粒泥沙形理论的基础上对絮体的分形特性进行了大量的研有着本质的区别。一般说来，粘性细颗粒泥沙的絮究，研究结果表明：絮体的分形维数与絮体的强度、凝改变了泥沙的沉降速度J，导致河口、湖泊及海沉速和密度等密切相关一，是研究絮体性质的重岸泥沙严重淤积，同时泥沙絮体的物理吸附作用使要指标，因此絮体分形特性的研究主要是研究絮体其成为污染物的积累地J，影响着河道、湖泊水体的分

8、形维数。絮体分形维数的计算方法有光散射水质，并且疏浚淤泥的处理也与细颗粒泥沙的絮凝法_8J、粒度分布法-9j、图像法1。。等。由于细颗粒泥作用息息相关，因此对细颗粒泥沙絮体性质的研究沙的絮凝过程较复杂，粒度分布法在计算过程中进是一个重要的课题。行多次假设，且计算过程复杂，因此，目前大多采用由于絮体结构的复杂性，传统的欧氏几何已不图像法和光散射法研究絮体性质。但是，目前利用SEM图像分析细颗粒泥沙絮体