河流交汇区污染物扩散数值模拟研究

为分析自然河流交汇区不同汇流比下污染物的扩散特征,通过建立平面二维自由表面流MIKE 21 FM模型,对中国西南中小河流石亭江与其支流鸭子江的河流交汇区不同汇流比情况进行COD和氨氮扩散情况的数值模拟研究。当汇流比分别为0.50、0.67时,COD形成的污染带面积较汇流比为0.33时分别增加30.0%、93.8%,COD纵向质量浓度梯度分别降低1.8%、3.2%,横向质量浓度梯度分别增加1.1%、2.3%,交汇后未出现明显的COD均匀混合位置;氨氮污染带面积较汇流比为0.33时分别增加4.4%、10.6%,氨氮纵向质量浓度梯度分别降低1.9%、3.3%,横向质量浓度梯度分别增加2.3%、3.3%,在汇流比为0.33、0.50、0.67时分别于1820、1960、2050 m处均匀混合。研究明确了交汇区不同汇流比情况下的污染物扩散特征,可为流域水环境精细化管理提供支持,同时,MIKE 21 FM模型能较好地反映自然河流交汇区污染物浓度场分布,可应用于自然河流交汇区污染物扩散研究。

Y型河流交汇区污染物扩散模拟研究

自然河流交汇常形成复杂的水流结构,使得交汇区污染物输移扩散规律难以明晰。文章通过建立平面二维自由表面流MIKE 21 FM模型,对中国西南某Y型河流交汇区的污染物进行数值模拟研究。当汇流比分别为0.50、0.67时,COD形成的污染带面积较汇流比为0.33时分别增加30.0%、93.8%,纵向浓度梯度降低1.8%、3.2%,横向浓度梯度增加1.1%、2.3%,交汇后未出现明显的COD均匀混合位置;NH3-N污染带较汇流比为0.33时分别增加4.4%、10.6%,纵向浓度梯度降低1.9%、3.3%,横向浓度梯度增加2.3%、3.3%,在汇流比为0.33、0.50、0.67时分别于1820、1960、2050 m处均匀混合。结果显示,较大的汇流比会导致污染带分布变广、污染物纵向浓度梯度变小、纵向扩散距离变长,同时,汇流比的增加会增大污染物的横向浓度梯度变化,加剧污染物在交汇口的扩散趋势。

河流交汇区沉管隧道管节浮运受力特性研究——以广州如意坊沉管隧道工程为例

沉管隧道常被用于城市过江、过河通道工程,明确管节浮运受力特性,对维持沉管隧道稳定性起着至关重要的作用。现有研究多只针对单一内河,其流场较为简单,而对河流交汇区沉管管节浮运受力特性研究较少。文章以广州如意坊沉管隧道工程为依托,采用STAR-CCM+计算流体力学软件构建沉管隧道管节浮运CFD计算模型,计算分析两河交汇区流场特性及管节受力特性。研究结果表明:基槽存在对交汇区流场影响极大;管节左右舷压力分布差距随管节与基槽夹角增大而减小;管节所受阻力随流速增加而增加,横向阻力随夹角增加而减小;管节与基槽夹角越大,管节所受横摇弯矩越小,浮运至河流交汇区时,可以采用与基槽呈大夹角相交的方式浮运。

河流交汇区水力学特性与水安全研究进展

河流交汇区是河网系统中水、沙、污染物、生物等环境要素的突变点,也是河网行洪与污染物输移扩散的关键控制节点。从野外测量、室内试验与数值模拟方面,总结分析了河流交汇区水流结构与污染物输移的基本特征及其在不同交汇条件作用下的响应规律,以及复杂水流结构与生境对于河流交汇区水安全的重要影响。展望了未来研究重点,建议加强非恒定流条件下的交汇区水力学特性研究,进一步揭示交汇区污染物掺混输移特征与水动力条件之间的响应机制,研究通过工程布局与水力优化调控相结合的措施系统提升了交汇区防洪安全与水生态环境质量。

交汇区水流结构对水温分布特征的影响机理

为分析交汇区复杂的水温分布规律及其受水流结构影响的机理,采用Fluent数值模拟软件,通过改变汇流角和汇流比,模拟了不同条件下交汇区的时均流场、紊动特性和水温分布,分析了各工况下交汇区水平面及断面水温分布特征(水温非均匀性指数)和水流结构特征参量(紊动能和涡量)间的关系,探究了不同水流结构对水温分布的影响机理。结果表明:水流剪切影响热掺混层的位置,二次环流影响热掺混层的形态;汇流角或汇流比越大,断面非均匀指数越小,水温掺混越快,热掺混层随剪切层位置的改变越靠近外岸壁(交汇口对侧壁面),热掺混层弯曲程度随二次环流强度增大而增大;紊动能及涡量与断面非均匀指数之间呈现良好的线性关系。

山区河流交汇河口的综合特性分析

根据收集的若干山区河流交汇河口资料，分析并得出以下结论：山区河流交汇河口分布密度低于平原可流；来水来沙集中于汛期，从枯水到洪水的变化过程中，支流流量占的比重越来越大；交汇河口附近存在江心洲，其位置与交汇形式、支流入汇位置等有关．这些特性有助于分析其成滩原因，对今后山区河流河口滩的整治有所助益．

湟水与黄河交汇区水力特性数值模拟

河流交汇区在流域系统治理中发挥着控制节点作用。为探究中国西北地区典型Y型天然河流交汇区的水动力特性,以湟水与黄河交汇区为例,构建交汇区紊动水流二维水动力数学模型进行数值模拟研究。结果表明:湟水与黄河交汇区存在典型的高流速区,且其位置和大小与汇流比有关;交汇区在各水文条件下均未形成明显的水流分离区;受干流顶托影响,支流入汇口左右岸会出现反方向回流区,沿水流方向呈翼状贴合壁面分布,其形态随汇流比发生变化。交汇区水流紊动能较大的区域分布在水流剪切层和下游右岸,在各水文时期,随着汇流比增大,剪切层紊动能减小;随着干流流速增大,交汇区下游右岸紊动能增大。本研究可为该交汇区及下游的河道治理、水环境保护及防洪减灾等提供理论基础。

交汇区水流结构对底泥磷分布特征影响机制

交汇区的水流结构极为复杂,揭示交汇区底泥磷分布特征难度较大。设计交汇区底泥磷分布实验系统及其检测方法,测量交汇区的三维流场和底泥中总磷含量,分析交汇区水流分区与底泥中总磷空间分布的关系,并基于交汇水槽实验中204组水动力参数与底泥中总磷含量数据,建立人工神经网络模型,定量分析流场中水动力参数对底泥中总磷含量的影响,辨识其中的关键水动力参数。结果表明:分离区内水流水平流速较小,底泥磷含量较高;位于分离区外侧的加速区水平流速较大,底泥磷含量较低,但加速区的局部区域(剪切层区)存在显著的底泥磷含量偏高现象;通过人工神经网络模型的参数敏感性分析,定量解释局部底泥磷含量高值现象与该区域较大的向下水流有关。

岷江都江堰河段交汇区水流运动特性数值模拟

明渠河流交汇常形成复杂的水流结构,从而影响该区域的水沙运动及河床变形。采用实测资料验证的平面2维数学模型,对白沙河支流与岷江干流交汇区的水流运动进行了模拟分析。结果表明:干支来流变化将形成不同的壅水低速区、干支流掺混区、挤压高速区和水流分离区。随着汇流比(支流白沙河流量与岷江干流流量比值)的增大,入汇口干流上游受到支流顶托作用增强,产生的壅水低速区水位偏高;掺混区内,干支来流相互顶冲作用增强,流速降低,挤压高速区内支流对干流的挤压也增强,最高流速出现的位置越靠右岸,高速带越窄。直角入汇的白沙河支流受到干流的挤压作用,入汇后流向发生显著改变,而白沙河的弧形左岸使支流沿岸线流动的同时不断调整流向,降低了支流脱壁流动的可能性,可有效抑制分离区的形成。在支流白沙河流量不变,岷江干流流量改变的情况下,干支流量差越大,干流对支流的顶托作用越强,即干流向支流上游顶冲的距离越长,产生的壅水范围越大。通过揭示白沙河入汇岷江时干支流相互顶托、挤压和掺混的水流运动特征,可为都江堰河段的防洪及河道整治等提供理论依据。