水槽實驗及數(shù)值模擬水體中污染物排放濃度場分布規(guī)律的研究.pdf

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

2、濃度的測量方法，此種方法較為科學(xué)準確，為實驗室里水體中污染物濃度的測量提供了一種實用的方法。具體測量過程分為污染物濃度的標定和水槽實際測驗兩部分。
　　在污染物濃度的標定實驗中，分別在靜水和動水兩種狀態(tài)下對污染物濃度進行了標定，并得到污染物濃度與圖像灰度的關(guān)系曲線。對比兩個關(guān)系曲線，分析發(fā)現(xiàn)污染物動水標定的實驗過程在儀器布置等外界條件方面更接近實際水體中污染物排放時濃度場分布的水槽實驗，所以選用動水標定的關(guān)系曲線作為計算濃度-灰度

3、的對應(yīng)關(guān)系曲線。
　　在水槽測驗中，采用不同來水流量和污染物排放流量進行了速度場和濃度場分布的測驗，測驗結(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，且污染物的排放對環(huán)境流場的影響也越來越??；
　　(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，且擴散寬度越來越小，同時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)擴張，且擴散寬度越來越大，同時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軟件對水體中污染物排放的速度場和濃度場分布進行了數(shù)值模擬，

5、并用物理實驗測量的水位數(shù)據(jù)、流速數(shù)據(jù)和濃度數(shù)據(jù)對數(shù)學(xué)模型進行了驗證，驗證結(jié)果較好。在此基礎(chǔ)上，用數(shù)值模型模擬了不同工況下（與物理水槽實驗工況相同）水體中污染物排放的濃度場分布，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，而速度場的變化導(dǎo)致了區(qū)域內(nèi)的濃度場也發(fā)生了相應(yīng)的變化，即

6、濃度不對稱區(qū)域逐漸減小，濃度等值線逐漸向中間收縮，且擴散寬度越來越小，同時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，而速度場的變化導(dǎo)致了區(qū)域內(nèi)的濃度場也發(fā)生了相應(yīng)的變化，即濃度不對稱區(qū)域逐漸增大，濃度等值線逐漸向兩側(cè)擴張，且擴散寬度越來越大