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平、逆坡渠道中污染物输移扩散研究
发布日期:2018-09-18  来源:中国农村水利水电   浏览次数:138
核心提示:摘要:针对突发水污染应急响应对时效的需求,对污染团输移扩散的快速预测技术开展研究。在系统总结国内外相关研究的基础上,重点开展平、逆坡渠道中的
摘要:针对突发水污染应急响应对时效的需求,对污染团输移扩散的快速预测技术开展研究。在系统总结国内外相关研究的基础上,重点开展平、逆坡渠道中的污染物输移扩散研究,基于已提出的顺坡渠道污染物输移扩散快速计算公式,研究其在平坡、逆坡渠道情况下的适用性,并将计算结果与HECRAS软件模拟结果进行对比,尝试寻求平、逆坡渠道中污染物输移扩散的快速计算方法。研究得出以下结论:在渠道底坡为平坡或逆坡时,污染物峰值输移距离的模拟值与计算值偏差值在20%以下,污染物纵向长度模拟值与顺坡渠道计算值偏差值在10%左右,污染物峰值浓度模拟值与计算值基本一致,因此,顺坡渠道污染物输移扩散快速计算公式可用于平、逆坡渠道中的污染物输移扩散特征指标快速计算,此结论可为突发水污染事件应急调控提供科学、高效、有力的决策支持。
前言
突发水污染事件一般发生突然,污染危害较大,难以控制[1]。研究突发水污染事件的关键,在于研究事故发生后,水流的特性以及污染物在水体中的输移扩散过程[2, 3]。现阶段研究水流特性以及污染物输移扩散规律的主要方法有:理论分析、模型试验和数值模拟等[4]。理论分析方法主要是建立水流运动方程和污染物输移扩散方程,从而得到方程解析解[5, 6];模型试验是一种重要研究手段[7, 8],但是模型比尺效应[9]问题至今未能得到很好解决;数值模拟是一种较高效的研究方法,比物理模型、试验建模速度快、周期短,计算效率通常取决于计算机的CPU效率,数值模拟便于修改模拟工况,能展现多种工况下的情景,因此,用数值模拟来研究污染物在水体中的输移扩散过程越来越被广泛应用[10, 11]。
高学平、张晨[11]等运用数值模型对引黄济津调水工程河道水质进行了预测,并根据污染物峰值浓度的变化情况,分析了污染物输移扩散及降解转化规律。房彦梅等[12]利用一维水力学和水质数值模型方法对南水北调中线工程典型渠段突发性水污染事故应急控制策略进行了数值模拟,分析不同控制策略下渠道退水量、稳定时间、水位变幅、水质等参数的变化情况,制定保证明渠安全运行的水污染事故应急闸控方案,为中线工程应急预案的建立提供参考。宋国栋[13]以南水北调中线污染物运移特性研究为背景,在现场调查及模型试验模拟的基础上,研究了突发性水污染事件发生后污染物的输移规律,并给出了突发性水污染事件发生后的处置措施。王兴伟等[14]应用Mike水质模型软件对污染物在干渠内的污染扩散情况进行模拟,对突发事故的影响范围、程度、时间做出定量预报,揭示突发事故发生后,节制闸未参与调控情况下的污染物输移扩散规律。张秋燕[15]研究了河流中污染物随时间和空间输移扩散的规律及其影响因素,并建立了一维恒定流水质模型,通过隐式有限差分法求解该模型。此外,张秋燕以BOD5为预测因子,将数值模拟结果与QUAL2K综合水质模型软件的模拟结果进行比较,数值模拟与软件模拟结果基本吻合,表明所建立的水质模型能够较准确的模拟河流中污染物输移扩散规律。
突发水污染事件[16]具有突发性、多样性及不确定性,突发水污染事件发生后,需要快速采取有效的响应措施[17-19],因而快速预测[20]出污染团的输移扩散特征指标,对科学、高效的制定出响应策略非常重要。然而目前污染物输移扩散研究多数集中在天然河流或者人工调水渠道的顺坡段,对平坡和逆坡的渠道中污染物输移扩散研究相对较少。
本文运用HECRAS软件进行数值模拟,分析平坡和逆坡输水渠道的污染物输移扩散规律;并依据现有的长距离输水渠道污染物输移扩散快速计算公式(龙岩[21, 22],主要面向顺坡渠道突发水污染计算),分析该快速计算公式在平坡和逆坡输水渠道中的适用性,研究结果为长距离输水工程突发水污染事件应急调控提供快速决策支持。
作者:朱杰
 
 
 
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