明渠掺气水流和河道复氧的研究

发布时间：2017-06-24 08:03

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【摘要】：生态系统的退步和河流中坏境的污染已经成为了全球公认的问题之一,因此人们提出了一些关于河道修复的技术方法,主要有物理法、化学法及生物修复法等等。治理水污染长期有效的方法是恢复水体自身净化能力,水体中溶解氧(DO)含量直接影响水生动植物的生长及河流的降解自净能力,DO含量高,则水生生物生长正常,好氧菌种群活跃,水质就好;DO含量低,则水生生物遭到严重威胁甚至会濒临灭绝,并且河流中好氧菌群种类减少,水质恶化严重。其中,水体紊动强度对复氧程度产生很大的影响,紊动水体之间各层流的水质点产生互相碰撞和掺混的现象,这样就使得水体的能量损失较大,同时使得各层之间水体和水质点之间的动量、热量和质量的传递交换增大。表面复氧的氧通量理论研究表明,水体表面复氧速度和表面复氧向下传递扩散的速度与水体的紊动强度呈正比,因此水体的紊动强度越大,溶解氧的浓度越大。近几年来,人们研究了通过修建水工建筑物及优化过水建筑物的形状等措施,充分利用水流经过水工构筑物的时时候形成的跃动、翻滚、紊动等水流现象来增加水体中的溶解氧浓度,这样可以提高河流的复氧能力及自净能力,从而达到改善水质的目的。本文在前人研究的基础上,通过三种简单常见的加糙体对光滑坝面进行糙化处理,通过模型试验研究了不同加糙体对水体复氧能力,主要研究内容有以下几个方面:1.复氧室内模型试验:分别对光滑坝面和糙化坝面(圆柱体加糙和平板加糙)上下游水中DO浓度进行了同步测量,并把两者进行了对比。同时对光滑坝面、圆柱体加糙坝面和平板加糙坝面在不同流量和不同温度下DO浓度进行了测量。2.对各加糙坝面水流流态进行了分析。3.对各加糙坝面上下游DO浓度进行了测量,分析得出:各加糙体都在一定程度上具备增加下游水体DO浓度的功效,但是效果不一,各坝型复氧能力从大到小依次为:大石子密小石子密小石子稀平板3大石子稀平板2.1圆柱2.1圆柱1.5光滑坝面。4.分别在冬季和夏季两个季节对光滑坝面、圆柱2.1、平板2.1和平板3三种加糙坝进行溶解氧测试,发现,在来流条件相同时,温度对上下游氧亏恢复率影响较小,说明在坝型不变时,影响坝体上下游氧亏恢复率的主要因素是坝型引起的水体紊动,和温度变化没有太大关系。5.对光滑坝面、圆柱2.1、平板2.1和平板3三种加糙坝在三种不同的流量下进行试验测量,分析得出各种加糙坝应该存在一个氧亏恢复率上限值,当达到其上限值时,则流量增加,氧亏恢复率不在变化,关于这一点仍需进一步研究来证实。以上试验结果表明,通过在坝面铺设不同形状的加糙体可在一定程度上增加水体含氧量,加糙体形状和布置方式不同,各加糙坝复氧能力各异。虽然在模型试验中由于缩尺效应的存在,导致试验结果会和实际工程有些出入,实际工程中的效果往往比模型试验偏大。同时由于水体溶解氧含量是一个不断变化的动态过程,测量过程中难免会存在一定误差,但是通过模型试验结果仍可定性描述出不同坝型之间的复氧能力差异,为后续研究工作的开展提供参考。
【关键词】：掺气 复氧 水槽 加糙坝面 流态
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV133
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 绪论12-30
• 1.1 论文背景12-14
• 1.2 明渠掺气研究现状14-19
• 1.2.1 明渠掺气水流形成机理14-15
• 1.2.2 掺气的分类15-16
• 1.2.3 掺气初生准则16-17
• 1.2.4 掺气浓度分布17
• 1.2.5 缩尺效应17-18
• 1.2.6 水工建筑物中掺气设施结构18-19
• 1.3 水体复氧理论研究现状19-25
• 1.3.1 有关氧传输理论的研究19-20
• 1.3.2 影响水气界面氧气传递的主要因素20-22
• 1.3.3 确定大气复氧速率系数的概念模型22-23
• 1.3.4 复氧系数经验和半经验公式23-25
• 1.4 水中饱和溶解氧的计算25-29
• 1.5 本文研究内容29-30
• 第2章 试验模型设计30-35
• 2.1 基本原理30
• 2.2 试验简介30-31
• 2.3 测量仪器与方法31-32
• 2.4 模型设计及实验工况32-35
• 第3章 坝面加糙复氧室内模型试验及结果分析35-56
• 3.1 试验分析方法35-36
• 3.2 光滑坝面复氧情况36-39
• 3.2.1 光滑坝面水流流态36-37
• 3.2.2 光滑坝面复氧能力37-39
• 3.3 加糙坝面流态特征39-42
• 3.3.1 圆柱体加糙流态特征39-40
• 3.3.2 平板条加糙流态特征40-41
• 3.3.3 石子加糙体流态特征41-42
• 3.4 各加糙体复氧能力42-48
• 3.4.1 圆柱体加糙复氧能力42-44
• 3.4.2 平板条加糙复氧能力44-45
• 3.4.3 石子加糙复氧能力45-47
• 3.4.4 各加糙体复氧能力比较47-48
• 3.5 温度对复氧能力的影响48-51
• 3.6 流量对复氧能力的影响51-56
• 第4章 结论与展望56-59
• 4.1 结论56-57
• 4.2 展望57-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-63
• 作者简介63
• 参加科研情况说明63-64

【参考文献】

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本文编号：477483