存在密度差异的污染物在分汊河道中输移特性试验研究.pdfVIP

第 卷 第 期 水 力 发 电 学 报 . .年 月 ., 存在密度差异的污染物在分汊河道中输 移特性试验研究 顾 莉 ,华祖林 ,褚克坚 。,刘晓东.河海大学浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室,南京; .河海大学水资源高效利用 与工程安全国家工程研究中心,南京; .河海大学环境学院,南京 摘 要:针对自然界特定且时常遇到的分汉型河道,建立物理模型试验系统,以氯化钠溶液为示踪剂,进行密度大于环 境水体的污染物在分汉河道中输移扩散机理的试验研究。首先测量了不同横向位置点源排放下污染物的输移过程。试 验结果表明不同的上游流量、支汉宽度比和排放位置对污染物的断面浓度分布有显著影响。当上游流量由大变小时,分 汉口前主河道中污染浓度发生分叉现象,对于河道中心排放条件下,污染云团在断面中心处由单一高浓度核心区分裂为 两个高浓度区;在左侧岸边排放下,大流量时只存在单一的高浓度核心区,并沿着左侧边壁运动,而小流量时浓度分叉后 左侧高浓度区在边壁的反射作用下与右侧的合并,偏离左岸向河道中心输移。然后计算了不同工况下污染物进入支汊 的分污比,分析表明中心排放下支汊分污比与支汉宽度比、分流比呈正相关,与上游来流呈负相关;岸边排放时支汊分污 比与分流比、支汊宽度比和上游来流量均呈正相关。最后,建立了不同排放位置下污染物分污比与上游来流量、分流比 的函数关系式,为掌握污染物在分汊河道中的输移特性提供了科学依据。 关键词:环境水动力学;污染物输运扩散;模型试验;分汉河道;浓度分叉;分污比 中图分类号: 文献标识码: , , , , , . , , ; , , ; . , ,: , .. ., . .. , . .. , . , , .. , . ,收稿日期: 基金项目:国家“”计划;水专项;国家自然科学基金 ,;中央高校基本科研业务费 专项资金 , ;河海大学自然科学基金 ;江苏省六大人才高峰计划 一 作者简介:顾莉 一 ,女,讲师. ?: .. 第 期 顾 莉等:存在密度差异的污染物在分汊河道中输移特性试验研究 ,. 。. 。,. . : ;; ; ; ;引言 河流中污染物的输运扩散规律研究一直是环境类和水利类专家学者关注的焦点,前人已在单一的顺直和弯 曲河道中进行了大量的研究 .?,,槐文信 引,吴修广等人 ,江春波等人 , ,等 。但是,分汊河道作为自然界较为常见的一种河道形态 图 ,人们对污染物在分汊河道中的输移扩散 规律研究相对较少,只有一些学者 徐祖信和华祖林 ,江帆等人 , ,等 采用数学模型针对某地 区某一特定的分汊河流的污染物浓度分布进行数值模拟,其余有关分汊河道的研究主要集中在汉道水沙运动特 性和河床演变规律等方面 ” 。目前对于污染物在分汊河道中的输 运过程和分配比例都尚不清晰。本文建立了分汉河道物理模型试验系 统,考虑到实际问题中可溶性污染物加入到水体后,排放的污水密度与 环境水体存在差异,污水密度往往略大于环境水体,因此采用氯化钠溶 液为示踪剂,进行密度略大的可溶性污染物在分汊河道中输移扩散机 理的试验研究,分析不同的流量、支汉宽度比、分流比和污染物排放位 图 分汉河道示意图 置对密度略大污染物输运扩散规律的影响,并揭示污染物分配比随影. 响因子的变化规律,深入了解污染物在分汉河道中的输移特性。 无量纲因子分析 本试验目的是要体呈出污染物在两个支汉中的输移扩散过程,并揭示出污染物分配比与其相关影响因子问 的变化规律,因此污染物排放断面需设在分汉河道上游主河道内,但既不能紧靠分汉口也不能远离分汉口,因为 紧靠分汉口排放容易导致污染物全部进入其中一个支汉,而远离分汉口排放又会导致污染物在分汉口前全断面 混合均匀,因此要适当选取该排放断面。 在上游主河道排放断面适当选取之后,影响分汊河道输运的因子主要有环境水体和污染物的性质、水流条件 和分汊河道形态等。环境水体和污染物的性质包括两者的密度 。和 。,黏滞系数 。和 等;水流条件的影响因 子有上游来流流量 。,支汊 流量 。和支汊 流量 :,主河道的水深风,两支汉的水深日。和 等;分汊河道 形态因子有主河道的宽度 。和两支汊宽度 。和 :,主河道的坡度 。和两支汊的坡度 。和 :,分汉角 以及岛 屿最大宽度 等;此外还有污染物排放量 横向排放位置. 、排放方式 和重力加速 等因子。 对上述参量进行简化,由于两支汊流量之和等于上游来流 。: 。,舍去 ,只考虑 。和 。;考虑到实 际问题中风、日 和 之间的差别不大,仅考虑 ;认为主河道的坡降与两个支汊相等,即 。 。;试验研究 的是密度略大的可溶性污染物的输运,污染物溶液与环境水体性质相差不大,即认为 。 。这样主要的特征参 量包括: 、 。、