倾斜岸坡角形域顶点排污浓度分布的实验研究

基于研制的倾斜岸坡角形域顶点排污立面二维扩散水槽实验装置及格栅振荡紊动系统,对8个倾角θ=360°/β(角域映射系数β=4,5,…,11)的角形域,按格栅振荡频率n=20,40,60 r/min的3种情况进行了一系列瞬时线源排放的扩散实验,采用图像采集与数字图像处理技术测量二维浓度场分布。结果表明:各倾角的横向和垂向扩散系数均随格栅振荡频率的增大而增大,当格栅振荡频率n=20,40,60 r/min时,各倾角横向扩散系数的平均值分别为18.38,30.88,43.94 cm2/s;垂向扩散系数的平均值分别为1.89,2.47,3.24 cm2/s;在格栅振荡条件下,垂向扩散系数平均占横向扩散系数的7.4%～10.3%,横向和垂向扩散系数随倾角的大小呈现波状变化特征。实验证明倾斜岸坡角形域顶点排污浓度分布呈现以角域映射系数β的奇偶不同和以β=4的倍数的周期性变化规律。

水库倾斜岸坡地形污染混合区的三维解析计算方法

在恒定时间连续点源条件下,从移流扩散方程的简化三维解析解出发,对水库倾斜岸坡地形污染混合区的三维解析计算方法进行了探讨和理论求解,推导了污染混合区长度、最大宽度、最大深度、相应纵坐标和面积以及最大允许污染负荷量的解析计算公式,进行了污染混合区解析计算公式的分析与讨论。结果表明,水库倾斜岸坡地形污染混合区解析计算公式与等标污染负荷、流速、角域映射系数以及岸边混合扩散特性等因素有关,可以作为水库排污口污染混合区允许范围的计算依据,也可以根据水质目标浓度与背景浓度之差,以及污染混合区允许长度或面积或宽度计算最大允许污染负荷量。给出了非保守物质污染混合区长度的计算公式和忽略反应降解作用按保守物质处理的条件:降解数≤0.054。

倾斜岸坡角形域顶点排污浓度分布的理论分析

为了获得倾斜岸坡角形域顶点排污浓度的分布,基于镜像法原理和角形域平面镜映射实验,给出了横向和垂向扩散系数不相等的角形域映射图。从无限区域静止水体中瞬时线源的二维扩散和等强度连续点源三维移流扩散简化方程的解析解人手,分析推导出角形域顶点排污瞬时线源扩散的浓度计算公式,进而得到了角形域顶点排污等强度连续点源移流扩散浓度分布的理论公式。对该理论公式的分析与讨论表明,在简化条件下该理论公式与可对比理论解完全一致,角形域内角角度对污染物的浓度分布影响很大,角形域顶点排污浓度分布具有复杂性和多重性。该理论公式可为水库岸边污染混合区浓度估算提供有力的工具。适用条件为顺直倾斜岸坡大宽度深水情况,满足内角θ=180 /n(n 为自然数)的角形域顶点排污的浓度计算。

倾斜岸坡角形域顶点排污浓度分布规律探讨

基于镜像法原理和角形域平面镜映射实验,给出了横向与垂向扩散系数不相等的角形域θ=360°/β(β为奇数)映射图。从无限区域静止水体中瞬时线源的二维扩散和等强度连续点源三维移流扩散简化方程的解析解人手,分析推导出角形域顶点排污瞬时线源扩散的浓度近似计算公式,进而得到了角形域顶点排污等强度连续点源移流扩散浓度分布的理论公式。结果分析与讨论表明,在简化条件下该理论公式与可对比理论解完全一致,角形域内角角度对污染物的浓度分布影响很大,呈现出以角域映射系数β=4的倍数的周期性变化规律,角形域顶点排污浓度分布具有复杂性和多重性。该理论公式可为水库岸边污染混合区浓度估算提供有力的工具,适用条件为顺直倾斜岸坡大宽度深水情况,满足内角θ=360°/β的角形域顶点排污浓度的近似计算。

倾斜岸坡深度平均浓度分布及污染混合区解析计算

倾斜岸坡深度平均理论对其水质模型的构建、验证和参数率定具有十分重要的指导作用。在等强度连续点源岸边排放条件下,对倾斜岸坡深度平均浓度分布及污染混合区的几何特征参数进行了理论求解和曲线拟合。分别给出了深度平均浓度分布方程、深度平均污染混合区最大长度、最大宽度和相应纵向坐标、面积和面积系数的计算公式以及外边界标准曲线方程。分析表明,倾斜岸坡水体中污染物扩散宽度远大于扩散深度,对同一岸坡倾角的深度平均污染混合区形状具有相似性。提出了岸坡倾角分区的简化条件和相应污染混合区几何特征参数的计算公式,可为倾斜岸坡河流和水库深度平均浓度分布、污染混合区几何尺度和控制排污量的计算,提供科学依据。

倾斜岸河流和水库水面污染带下的污染物质量浓度分布

基于静止水体中横向和垂向扩散系数不相等的瞬时线源二维扩散的解析解,推导出水面有限宽瞬时污染源二维扩散的质量浓度分布计算公式。在顺直倾斜岸坡大宽度深水情况下,基于横向和垂向扩散系数不相等的角形域映射原理,推导出倾斜岸水面瞬时污染带下角形域中二维扩散污染物质量浓度分布的理论公式。计算与分析结果表明,在简化条件下该公式与理论解完全一致,角形域倾角对污染物的质量浓度分布影响较大,角形域内质量浓度分布具有随倾角参数为奇、偶数而不同的特性,计算点距离岸坡顶点越近,角形域倾角对污染物质量浓度分布的影响越大;横坐标越大,影响越小;水深越大,影响也越小。

倾斜岸河库水面污染源下浓度分布的理论分析

从保守物质横向和垂向扩散系数不相等的静止水体中瞬时线源二维扩散的解析解人手,分析推导出半无限水面瞬时污染源下二维扩散的浓度计算公式。在顺直倾斜岸坡大宽度深水情况下,借助于横向和垂向扩散系数不相等的角形域映射原理,进而推导出倾斜岸水面瞬时污染源下角形域中二维扩散浓度分布的理论公式。在简化条件下该理论公式与可对比理论解完全一致。结果分析与讨论表明:角形域倾角对污染物的浓度分布影响较大;角形域内浓度分布具有倾角参数n(180/)为奇数和偶数不同的双重特性;计算点距离岸坡顶点越近倾斜岸坡对浓度分布的影响越大;横坐标越大影响越小;水深越大影响也越小。该理论公式可为河库水质监测布点与数据的归纳分析、水质模型的验证和污染混合区浓度估算提供有力的工具。