河流中污染物垂向紊动混合规律及其应用研究

发布时间：2020-05-21 08:18

【摘要】： 天然河流中的紊动混合及输移规律，，是一个在学术上及应用上都具有重要意义的研究课题，国内外学者曾进行大量的室内外的实验、理论分析和应用研究，取得许多研究成果。本文在总结分析前人研究成果的基础上，通过理论推导、现场资料分析和数值模拟相结合的方法，着重研究天然河流中物质的垂向紊动混合、输移的基本规律，并将这些规律运用于数学模型的数值计算中。首先研究了河流中点源污染物排放的垂向紊动混合规律。通过理论推导，分别得到瞬时点源和连续点源浓度场在垂向上达到全水深均匀混合的纵向距离的理论计算公式；进一步研究排放口至全水深均匀混合距离之间水域的污染物垂向紊动混合过程，首次提出了部分均匀混合水深的新概念，推导得到部分均匀混合水深随纵向距离变化规律的表达式。用长江南京段等实测资料验证上述公式，取得较好结果。文中还分析了不同深度点源排放对浓度场的影响。研究了河流中表面不同深度线源污染物排放的垂向紊动混合规律。通过理论推导，得出任意位置上瞬时线源浓度场的解析解表达式；推导得到表面不同深度线源排放时垂向部分均匀混合水深随纵向距离变化规律的函数关系，并建立了相应变化规律的诺莫图；导出了表面不同深度线源在全水深均匀混合时的纵向距离的计算公式，应用长江口南通河段实测资料验证，得到一致结果。研究建立了部分水深均匀混合的二维水质新模型。该模型去掉了传统的全场水深平均二维模型污染源一出排放口便在水深方向上均匀混合的假设，而将计算水域划分为污染物浓度在垂向上达到部分水深均匀混合及全水深均匀混合两个区域，并将上述有关部分水深均匀混合及全水深均匀混合的基本规律的研究成果应用该模型中。用长江河口段罗丹明示踪剂瞬时源排放浓度场现场跟踪监测资料对该模型进行验证，并与传统的全场水深平均二维模型的计算值进行了比较。可以看出，新建的部分水深平均水质模型计算值与实测值符合较好，而传统的全水深平均模型在排放口近区范围内计算浓度值及污染带范围明显小于实测值。因此新建立的部分水深平均二维水质模型与全水深平均模型相比具有更高的计算精度。新建模型与三维计算模型相比具有节约计算河海大学博土学位论文（摘要）资源、降低计算复杂度及提高计算效率等优点。因此新模型具有较高的应用价值。研究了潮汐河口随时间及空间变化的垂向紊动混合规律。潮汐河口水流呈往复振荡运动，本文在分析潮汐河口水动力特性基础上，考虑了惯性力及重力等项的影响，通过理论推导得到潮汐河口垂向紊动交换系数的空间分布及时间分布的计算公式，以及垂向平均紊动交换系数的时间分布的计算公式，并将其应用于潮汐河口的实际计算中。最后，本文运用拟合坐标下的三维k。紊流模型对测验河段进行计算，得到特征时刻该潮汐河口段的水力要素及垂向紊动混合系数的分布。用该模型对定点排放浓度场进行模拟计算，并与前述部分水深平均二维模型的计算值进行比较分析。
【学位授予单位】：河海大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2001
【分类号】：X522

【引证文献】