彎曲河段污染混合區(qū)特性變化規(guī)律研究.pdf

1、自然界中的河流都是蜿蜒曲折的，可以將其看成是由彎曲河段和順直河段組合而成。要了解自然界中河流兩岸排污濃度分布及污染混合區(qū)特性，需要加深對彎曲河段和順直河段的相關研究。當下國內(nèi)外關于順直河段的相關研究相當成熟，取得了很多重要的研究成果，而對彎曲河段的相關研究幾乎為空白。為了解彎曲河段排污濃度分布及污染混合區(qū)特性，本文通過地表水模型系統(tǒng)(SMS)的二維水動力模型(RMA2)和水質模型（RMA4）對一系列不同彎曲角度和中心半徑的彎曲河段的水流

2、和水質進行了模擬，結合模擬數(shù)據(jù)對彎曲河段的水流特征進行了闡述;并探討了彎曲河段流場和濃度場的變化規(guī)律;然后給出了彎曲河段污染混合區(qū)幾何特征參數(shù)（污染混合區(qū)長度、最大寬度和面積）的簡化算法;最后探討了彎曲河段兩岸排污口位置、河流流量和水深與污染混合區(qū)的幾何參數(shù)的關系。具體研究方法和得到的結論如下:
　　1、以U型彎道為例探討了彎道水流的基本特征，得出水流在進入彎道后表面水位發(fā)生變化，在橫向上凹岸高、凸岸低，從凹岸到凸岸呈現(xiàn)出降低的趨

3、勢;在縱向上彎道入口高、出口低，從入口到出口同樣呈現(xiàn)出降低的趨勢，但凹岸的變化曲線是上凸的，凸岸的變化曲線是下凹的，整個彎道水面呈現(xiàn)一個扭曲面。彎曲河段凹岸縱向流速在彎道入口處先沿程減小、進入彎道后緩慢增大，在出彎道口突然快速增大，然后又減小的變化趨勢;在凸岸則呈現(xiàn)與凹岸相反的變化規(guī)律;在橫向上呈現(xiàn)凸岸高、凹岸低，從凹岸到凸岸不斷增加。二維流場在彎道內(nèi)因為離心力的存在，而導致向凹岸有一定的偏離，使得水流有垂直于河道指向凹岸的速度分量。<

4、br>　　2、通過對一系列不同彎曲角度和中心半徑的彎曲河段凹凸岸起點處排污情況下的流場和濃度場的模擬計算，得到了流場和濃度場的變化規(guī)律，并分析了變化規(guī)律的原因。得到彎曲河段兩岸流速都隨著彎曲角度和中心半徑的增大而減小;水深都隨著彎曲角度和中心半徑的增大而增大;兩岸岸邊流管的流量都隨著彎曲角度的增大而增大，凹岸岸邊流管的流量隨著中心半徑的增大而減小，而凸岸邊則相反。同時重點展開對濃度場中的超標區(qū)域（污染混合區(qū)）的研究，分析研究了彎曲角度、

5、中心半徑以及相對允許濃度升高值對污染混合區(qū)幾何特征參數(shù)的影響，得出兩岸污染混合區(qū)幾何特征參數(shù)都隨著彎曲角度的增大而減小，隨著相對允許濃度升高值得增大而減小，但凹岸污染混合區(qū)幾何特征參數(shù)隨著中心半徑增大而減小，而凸岸則相反。同時將凹岸、凸岸以及順直河段排污所形成的污染混合區(qū)進行對比，得出一般情況下彎曲河段中污染混合區(qū)幾何特征參數(shù)小于順直河段，而在彎曲河段中凹岸又小于凸岸。
　　3、在順直河段污染混合區(qū)幾何特征參數(shù)理解的本構關系基礎上

6、，通過量綱-分析和曲線擬合將順直河段的理論解進行修正得到了彎曲河段污染混合區(qū)幾何特征參數(shù)的簡化計算公式，并將模擬的到的結果與公式計算得到的結果進行誤差分析，取得了滿意的效果。
　　4、最后以U型彎道為例，研究了排污口的位置、河流流量和水深對污染混合區(qū)的影響。對排污口位置的影響分析得出排污口在彎曲段兩岸起點和終點處時，所形成的污染混合區(qū)幾何特征參數(shù)相對較大，而在彎曲段其它位置則相對較小，且在凹岸隨著排污口的位置從入口向出口的變化，污