关于水体复氧几点认识.pdfVIP

中国环晚水力学2002 关于水体复氧的几点认识 李 然 李 嘉 李克锋 罗麟 (四川大学高速水力学国家重点实验室) 摘 要 本文总结了以往对复氧过程研究中得到的几点认识，包括实际工作中复 氧系数与表面传质系数的适用性问题、“水面”溶解氧浓度的处理办法以及不同 时间单位的复氧速率系教之问的相互转化问题，为今后进一步研究水体复氧提供 了借鉴。 关健词 复最系数 溶解氧 1 前言 准确地确定水体复氧过程，对研究水中有机污染物的迁移、扩散、降解直至整个水体 的自净过程具有重要意义。然而，水体复氧是一个比较复杂的物理现象，影响因素较多， 它不仅受气压、温度、氧亏值等影响，还与受污水体的速度分布、紊动等水力学特性密切 相关。 目前，衡量大气复氧速率的定量指标主要有复氧系数k2厂T-1〕及表面传质系数凡 [LI’一’〕，但在实际工作中，如应用较多。这主要是因为在实际应用中采用一维水质模型 较多，而一维水质模型中采用复氧系数k2比较简单方便。由于这一原因，关于天然河流 中复氧系数k:的经验或半经验公式较多，这些公式大多是将k:与流速、水深或水力坡降 等时均流动特征建立相关关系。但研究发现，这些公式普遍存在适用性较差和误差较大的 问题。笔者通过以往对复氧过程的研究[1,2.3]，得到一些认识与体会，整理总结成本文。 Z 复氧系数与表面传质系数的适用性问题 要探讨复氧系数k2与表面传质系数KL的适用性问题，就要首先对复氧过程进行分 析概化。 氧气通过水气界面进人水体后，一部分用于补充界面处的溶解氧浓度，另一部分扩散 进人水体内部。为此可以将水体复氧概化为两个过程:第一个过程是氧气通过水气界面进 人水体形成溶解氧的过程，称为水面复氧过程，它决定着水体复氧总量，需用水气界面传 质理论来研究;第二个过程为水面复氧由界面处向水下扩散，即界面处和水体内溶解氧浓 度的再分配过程，称为溶解氧扩散过程。这一过程决定着溶解氧在水体内的分布，可以用 159 溶解氧对流扩散理论来分析。 关于水面复氧过程，根据界面传质理论，引人表面传质系数KL，界面处氧通量F表 达式为 F=KL(C,一C)=KLD (1) 式中:F为单位时间内通过单位水面的氧气的质量 M「L-T-];K:为表面传质系数 [LT’〕;C，为饱和溶解氧浓度 [ML一s];c是水面实际溶解氧浓度 M「L一s];D是氧亏 值 [ML-L 关于水体内溶解氧的对流扩散过程，根据水力学理论，将水面复氧通量看做源项，采 用溶解氧对流扩散方程求解。在假定河流断面溶解氧浓度均匀分布时，可以采用一维溶解 氧对流扩散方程，复氧速率系数采用复氧系数k2，此时表面传质系数KL与复氧系数肠 的数学关系表示为KL=处H. 表面传质系数K:与复氧系数处比较，k:是垂向平均意义上的复氧系数，它不仅与 界面性质有关，还与水体平均水深有关。K:则是仅与水体界面性质有关，而与水深无关 的系数，适用于研究溶解氧在垂向的分布。由于K:与水深无关这一特性，其表达式中将 省去表示水深的变量。 在天然河流水质模型中，溶解氧浓度通常沿水深近似均匀分布，因此溶解氧对流扩散 方程中可以近似采用复氧系数k2，此时复氧系数公式的适用性和精确度较好。但是在许 多情况下，一些河流或大中型深水库的溶解氧浓度在水深或河宽方向的分布存在较大梯 度，这时采用复氧系数k2研究水体复氧会产生较大误差，须采用表面传质系数KLo 3 实际研究工作中 “水面”溶解氧的处理办法 3.1 “水面”溶解权浓度的采集 在表面复氧研究中，式 (1)中C为 水“面”溶解氧浓度。因为 水“面”在数学意义 上是没有厚度的二维几何面，而在实验及实际工作中只能采集到自由水面附近一定深度范 围内的溶解氧浓度作为表面溶解氧浓度，几何意义上的 “表面”溶解氧浓度是无法采集到 的，因此实际与理论是否存在大的偏差直接关系到表面传质系数K:的推广应用问题。 水样采集厚度或溶氧仪测定厚度一般小于5cm。分析复氧研究中水槽实验结果[[a1以及 二