污水排海工程中的泵站和擴散器水力試驗、 建模及仿真.pdf

1、隨著經(jīng)濟的快速增長和城市化的日益發(fā)展，城市污水排放量的日益增加越來越成為嚴重制約城市可持續(xù)發(fā)展的負面因素。污水排海工程是一種經(jīng)濟有效的城市污水和工業(yè)污水處置方式，它在不影響海洋水域使用功能和生態(tài)平衡的前提下，合理利用海洋水體的自凈能力，通過污水集中收集、傳輸、處理，途中經(jīng)過中繼泵站輸送，然后由出口泵站將污水打入高位井，經(jīng)放流管壓至污水擴散器淹沒排放，使污水與周圍水體迅速混合，在盡可能小的范圍內高度稀釋，達到排放的環(huán)境標準。
　　

2、 鑒于水流在泵站中的運動很復雜，泥沙在前池、高位井的運動及沖淤問題目前連一些基本規(guī)律還未徹底弄清楚，這就很難依靠理論分析的方法得到解決。本文作者根據(jù)流體力學基本理論和模型相似論，運用水力模型試驗、數(shù)學模型及數(shù)值仿真計算對上海市污水治理工程南線二號污水泵站(本文簡稱M2泵站)水力特性進行了以下研究：
　　 1.對M2泵站進行了清水水力模型試驗及數(shù)模仿真計算，發(fā)現(xiàn)泵站前池水流流態(tài)紊亂，進而導致水泵裝置效率的下降，同時多泵運行所造成的

3、前池流量增大會使前池內的紊亂流態(tài)進一步加劇，各泵在多泵組合運行工況下，其裝置效率比其單泵效率進一步降低。通過一些工程改進措施如加導流墩、壓水板及擋水板后，前池流態(tài)有不同程度的改善，同時水泵效率也有相應改善。
　　 2.選用比重輕于天然沙的酚醛塑料沙制成模型沙，對M2泵站進行了渾水水力模型試驗，發(fā)現(xiàn)泵站前池內泥沙淤積嚴重，通過一些工程改進措施如加設壓水板及擋水板后前池泥沙淤積有相應減少。
　　 3.通過泥沙沖淤試驗，探明泥

4、沙在前池、高位井中的沉降、沖淤、輸移的運動規(guī)律，并研究出相應工程和管理措施。
　　 4.建立數(shù)學模型及編制計算程序采用科學的計算方法成功逼真地數(shù)值仿真了前池、高位井的平面流態(tài)，對評價和改善引水渠道、前池、高位井起到重要的作用。
　　 污水擴散器的主要目的是使排放污水得到足夠的初始稀釋度，其宗旨是充分利用環(huán)境參數(shù)所能利用的水文條件，有效地進行污水初始稀釋擴散，滿足水質排放要求。在白龍港排放口位置、放流管長度、擴散器長度及水

5、深、水文等外界環(huán)境條件都已確定的條件下，為了提高近區(qū)稀釋度本文作者運用試驗、數(shù)學模型計算及數(shù)值仿真作了以下研究：
　　 1.通過自行設計的實驗裝置由實驗得到四種面積比的三通局部阻力系數(shù)，同時加工了30余種上升管的噴頭，考慮噴頭噴口射流角度、噴口壁厚(b)與噴口孔徑(d)之比、噴口射流總面積、噴頭噴口孔數(shù)以及噴頭出流量等因素，通過自行設計的實驗裝置得到噴頭局部阻力系數(shù)。這些系數(shù)以前未見報導。
　　 2.根據(jù)排放口水域環(huán)境條

6、件，計算出擴散器工程參數(shù)，合理選擇擴散器工程參數(shù)，如射流角度、噴口個數(shù)、噴口設置導流管、上升管間距等可以顯著地提高污水近區(qū)初始稀釋度的工程參數(shù)。
　　 3.充分利用排放口處的水流條件，進行了合理地分配各上升管的污水量，位于水淺處的上升管分配以較少的污水量，水深處的上升管分配以較多的污水量，為了實現(xiàn)這一目的，用實驗以求得局部阻力系數(shù)，代入所建立的數(shù)學模型中，進行數(shù)值仿真計算，計算結果和物理模型驗證較好，計算正確，得到數(shù)個最佳的組合