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(duì)彎曲河段和順直河段的相關(guān)研究。當(dāng)下國(guó)內(nèi)外關(guān)于順直河段的相關(guān)研究相當(dāng)成熟，取得了很多重要的研究成果，而對(duì)彎曲河段的相關(guān)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(guò)地表水模型系統(tǒng)(SMS)的二維水動(dòng)力模型(RMA2)和水質(zhì)模型（RMA4）對(duì)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(zhì)進(jìn)行了模擬，結(jié)合模擬數(shù)據(jù)對(duì)彎曲河段的水流特征進(jìn)行了闡述;并探討了彎曲河段流場(chǎng)和濃度場(chǎng)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(zhǎng)度、最大寬度和面積）的簡(jiǎn)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(guān)系。具體研究方法和得到的結(jié)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(jìn)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(shì);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(shì)，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(gè)彎道水面呈現(xiàn)一個(gè)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(jìn)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(shì);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(chǎng)在彎道內(nèi)因?yàn)殡x心力的存在，而導(dǎo)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(guò)對(duì)一系列不同彎曲角度和中心半徑的彎曲河段凹凸岸起點(diǎn)處排污情況下的流場(chǎng)和濃度場(chǎng)的模擬計(jì)算，得到了流場(chǎng)和濃度場(chǎng)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(shí)重點(diǎn)展開(kāi)對(duì)濃度場(chǎng)中的超標(biāo)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(duì)允許濃度升高值對(duì)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(duì)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(shí)將凹岸、凸岸以及順直河段排污所形成的污染混合區(qū)進(jìn)行對(duì)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(gòu)關(guān)系基礎(chǔ)上

6、，通過(guò)量綱-分析和曲線擬合將順直河段的理論解進(jìn)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(jiǎn)化計(jì)算公式，并將模擬的到的結(jié)果與公式計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)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(duì)污染混合區(qū)的影響。對(duì)排污口位置的影響分析得出排污口在彎曲段兩岸起點(diǎn)和終點(diǎn)處時(shí)，所形成的污染混合區(qū)幾何特征參數(shù)相對(duì)較大，而在彎曲段其它位置則相對(duì)較小，且在凹岸隨著排污口的位置從入口向出口的變化，污