水槽實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬水體中污染物排放濃度場(chǎng)分布規(guī)律的研究.pdf

1、研究污染物排放到環(huán)境水體中的擴(kuò)散混合特征，在工程實(shí)踐中，如污水排放管和擴(kuò)散器的設(shè)計(jì)、排放水域和排放方式的選擇、水質(zhì)預(yù)測(cè)和水資源規(guī)劃及保護(hù)等都具有十分重要的指導(dǎo)意義和實(shí)際價(jià)值。
　　本文首先對(duì)目前國內(nèi)外的濃度測(cè)量方法進(jìn)行了歸納和分析，并確定利用定量的數(shù)字圖像處理技術(shù)作為本文的濃度測(cè)量方法。然后采用物理實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模型模擬相結(jié)合的方法，對(duì)水體中污染物排放濃度場(chǎng)的分布規(guī)律進(jìn)行了研究。
　　物理實(shí)驗(yàn)部分，重點(diǎn)建立了實(shí)驗(yàn)室里水體中污染物

2、濃度的測(cè)量方法，此種方法較為科學(xué)準(zhǔn)確，為實(shí)驗(yàn)室里水體中污染物濃度的測(cè)量提供了一種實(shí)用的方法。具體測(cè)量過程分為污染物濃度的標(biāo)定和水槽實(shí)際測(cè)驗(yàn)兩部分。
　　在污染物濃度的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)中，分別在靜水和動(dòng)水兩種狀態(tài)下對(duì)污染物濃度進(jìn)行了標(biāo)定，并得到污染物濃度與圖像灰度的關(guān)系曲線。對(duì)比兩個(gè)關(guān)系曲線，分析發(fā)現(xiàn)污染物動(dòng)水標(biāo)定的實(shí)驗(yàn)過程在儀器布置等外界條件方面更接近實(shí)際水體中污染物排放時(shí)濃度場(chǎng)分布的水槽實(shí)驗(yàn)，所以選用動(dòng)水標(biāo)定的關(guān)系曲線作為計(jì)算濃度-灰度

3、的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線。
　　在水槽測(cè)驗(yàn)中，采用不同來水流量和污染物排放流量進(jìn)行了速度場(chǎng)和濃度場(chǎng)分布的測(cè)驗(yàn)，測(cè)驗(yàn)結(jié)果表明：
　　(1)在一定的污染物排放流量的情況下，隨著來水流量的增加，污染物排放口附近流速方向越來越接近X軸方向，且污染物的排放對(duì)環(huán)境流場(chǎng)的影響也越來越小；
　　(2)在一定的來水流量的情況下，隨著污染物排放流量的增加，污染物排放口附近流速方向越來越偏離X軸方向，且污染物排放口附近的流場(chǎng)變化越來越明顯，即環(huán)境流體

4、受到污染物排放的影響也越大。
　　(3)在一定的污染物排放流量的情況下，隨著來水流量的增加，濃度等值線逐漸向中間收縮，且擴(kuò)散寬度越來越小，同時(shí)濃度軌跡線在排放管口附近逐漸向水槽左側(cè)偏移；
　　(4)在一定的來水流量的情況下，隨著污染物排放流量的增加，濃度等值線逐漸向兩側(cè)擴(kuò)張，且擴(kuò)散寬度越來越大，同時(shí)濃度軌跡線逐漸向水槽右側(cè)偏移。
　　數(shù)值模擬部分，利用MIKE3軟件對(duì)水體中污染物排放的速度場(chǎng)和濃度場(chǎng)分布進(jìn)行了數(shù)值模擬，

5、并用物理實(shí)驗(yàn)測(cè)量的水位數(shù)據(jù)、流速數(shù)據(jù)和濃度數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果較好。在此基礎(chǔ)上，用數(shù)值模型模擬了不同工況下（與物理水槽實(shí)驗(yàn)工況相同）水體中污染物排放的濃度場(chǎng)分布，模擬結(jié)果表明：
　　(1)在一定的污染物排放流量的情況下，隨著來水流量的增加，區(qū)域內(nèi)速度場(chǎng)發(fā)生了變化，具體表現(xiàn)為，整體流速不斷增加，污染物排放口附近的流速減小區(qū)域越來越小，流速的方向越來越接近X軸方向，而速度場(chǎng)的變化導(dǎo)致了區(qū)域內(nèi)的濃度場(chǎng)也發(fā)生了相應(yīng)的變化，即

6、濃度不對(duì)稱區(qū)域逐漸減小，濃度等值線逐漸向中間收縮，且擴(kuò)散寬度越來越小，同時(shí)濃度軌跡線在排放管口附近逐漸向水槽左側(cè)偏移；
　　(2)在一定的來水流量的情況下，隨著污染物排放流量的增加，區(qū)域內(nèi)速度場(chǎng)發(fā)生了變化，具體表現(xiàn)為，污染物排放口附近的流速減小區(qū)域越來越大，同時(shí)在污染物排放口附近流速的方向越來越偏離X軸方向，而速度場(chǎng)的變化導(dǎo)致了區(qū)域內(nèi)的濃度場(chǎng)也發(fā)生了相應(yīng)的變化，即濃度不對(duì)稱區(qū)域逐漸增大，濃度等值線逐漸向兩側(cè)擴(kuò)張，且擴(kuò)散寬度越來越大