粘性细颗粒泥沙广泛存在于河口、湖泊、水库等水体中,它的存在改变了泥沙吸附、沉降及输移等特性,造成河口地区拦门沙的形成、水库的淤积、细颗粒含量较多的河湖底泥对河湖的内源污染、疏浚淤泥含水率较高等,影响着航道通航、水库使用寿命、水质修复、疏浚淤泥的处理和处置。粘性细颗粒泥沙之所以具有这些特性,主要是由于其处于微米级别,表面电化学性质显著,在一定条件下会絮凝形成与粗颗粒泥沙性质不同的泥沙絮团。因此,研究粘性细颗粒絮凝对航道整治、河口综合治理、预测河床冲淤变化、疏浚淤泥处理和水利环境综合治理具有重要意义。然而,粘性细颗粒泥沙的絮凝涉及胶体化学、分子动力学、泥沙动力学、水力学等,是多学科的交叉,因此,目前专门的研究较少。集成絮凝理论、分形理论、图像分析理论及泥沙运动理论,从微观和宏观两个层面,结合室内试验和数值模拟两大方法,系统的研究了粘性细颗粒泥沙絮凝过程、沉降特性及其输移模型三大基本问题,深入剖析了不同机理和条件下粘性细颗粒泥沙絮凝过程、絮团形态、泥沙沉降特性等的变化,并建立了相对完善的粘性细颗粒泥沙输移模型。采用的研究手段及主要结论包括以下几个方面：（1）基于胶体絮凝理论,从粘性细颗粒泥沙自身的物理化学性质出发,分析了粘性细颗粒泥沙粒径范围、带电机理、碰撞及粘结机理,为深入研究粘性细颗粒性质提供理论基础。（2）整合絮团生长模型、分形理论及泥沙理论,从微观层面建立粘性细颗粒泥沙絮凝发育模型（CSFG模型）来研究粘性细颗粒泥沙絮凝过程。CSFG模型主要由布朗运动、絮团沉降、水流作用和絮团破碎四大模块组成,并采用粘结概率来反映颗粒之间的伦敦力和静电斥力对絮凝的影响。进而通过CSFG模型探讨了不同碰撞机理和泥沙条件下粘性细颗粒泥沙絮凝速率、絮团形态及絮团粒径分布等的变化及影响规律。模型计算结果表明：1.不同碰撞机理下粘性细颗粒泥沙絮凝特性是不同的。当碰撞机理为布朗运动和差速沉降时,如静水环境下,相对仅考虑布朗运动碰撞机理而言,絮凝速率小幅度增大,絮团分形维数在生长过程中变化幅度较大,且稳定期的絮团分形维数（2.04,2.12）大于仅考虑布朗运动下的（1.85）,同时,絮团粒径分布范围变宽,异质性变强。动水环境下,水流对粘性细颗粒泥沙絮凝的影响可分为两方面：低强度水流促进泥沙絮凝发育,且其影响作用与重力相似；高强度水流则不仅促进泥沙颗粒的碰撞,其较高的水流剪切力也会使大絮团发生破碎,最终絮团生成速率等于絮团破碎速率时进入稳定平衡期,且水流强度越大,进入稳定平衡期的时间越早、絮团粒径越小及其粒径分布越窄；絮团分形维数则表现出下部区域最大、上部次之、中部最小的规律。2.不同泥沙条件下粘性细颗粒泥沙絮凝过程也不相同。含沙量越大,絮凝速率越快,絮团分形维数越大,且絮团平均尺寸与时间之间满足指数关系；泥沙初始粒径分布则主要通过改变差速絮凝程度来影响絮凝发育,初始粒径分布越宽,絮凝速率越快,絮团分形维数越大,絮团粒径分布越均匀。3.根据模拟试验及理论分析结果,提出使用酒精溶液处理城市湖泊底泥以提高其沉降和固化性能,并以武汉南湖底泥为例检验了酒精处理对沉降及固化的影响效果,试验结果与预期相同。（3）以泥沙浓度为参数,从宏观层面,利用自制的旋转双筒进行粘性细颗粒泥沙动静水沉降试验。在单因素分析基础上,采用方差分析深入剖析了多因素共同作用下对粘性细颗粒泥沙沉降特性的影响规律,并用图像分析法阐述了相关影响机理。实验结果表明,粘性细颗粒泥沙沉降特性与絮凝息息相关,各因素主要是通过改变絮凝程度而影响沉降特性的。根据各因素的影响特点,可将影响类型分为三类：第一类是通过改变颗粒之间的碰撞频率影响絮凝,进而影响泥沙沉降特性,如初始含沙量,主要表现为,低含量促进泥沙沉降,高含量阻碍泥沙沉降；第二类是通过改变颗粒之间的粘结概率影响沉降,如电解质和高分子聚合物,同样存在最佳含量；第三类是同时影响泥沙颗粒碰撞频率和粘结概率,如运动水流,主要表现为,低强度水流促进泥沙絮凝沉降,高强度水流阻碍泥沙絮凝沉降,且这两种作用随着电解质浓度的升高而增强。多因素方差分析结果表明：不同时期三种类型对粘性细颗粒泥水絮凝沉降的影响程度是不同的。当水体中电解质含量较高时,初期,第一类（初始含沙量）的影响最大,第三类（水流）次之,第二类（电解质）影响最小；而后,第三类（水流）的影响最强,第二类（电解质）次之,第一类（初始含沙量）最弱,且其影响作用随时间的延长越来越弱。当水体中高分子聚合物较多时,初期,第二类（高分子聚合物）的影响作用最大,第一类（初始含沙量）居中,第三类（水流）最小；之后,第三类（水流）影响作用最强,第二类（高分子聚合物）次之,第一类（初始含沙量）最弱。（4）融合絮凝理论、分形理论和泥沙输移理论,建立了粘性细颗粒泥沙输移模型,模型中将粘性细颗粒泥沙的输移分成絮凝、沉降及对流扩散三大项。其中,絮凝项采用包含絮团凝聚和破碎的改进群体平衡方程,并且考虑了絮团结构、絮团破碎方式、水动力学作用等的影响；沉降项中的絮团沉速采用改进的沉降公式计算；对流扩散项中的紊动扩散系数根据经验公式得到。静水和动水验证结果均表明此模型能用来模拟粘性细颗粒泥沙的输移,并具有一定的精度,进而利用此模型研究了静水环境下粘性细颗粒泥沙垂向输移特性及动水环境下重力、絮凝和水流紊动对粘性细颗粒泥沙垂向输移的影响规律。计算结果表明：静水环境下,粘性细颗粒泥沙静水垂向输移过程可分为两个阶段：第一阶段,上层泥沙补给较充足,絮凝占主要地位,第二阶段,随着泥沙浓度的减小,泥沙单颗粒（絮团）碰撞频率变小,同时上层对下层供给减小,泥沙沉降起主要作用。动水环境下,重力在上层区域和后期的作用比较显著,絮凝则在下层区域及前期作用较大,水流紊动则影响整个区域粘性细颗粒的输移,且水流紊动能量耗散系数越大,影响作用越明显。