污染物在河流中混合.ppt

河流的水质好坏对直接工农业生产和人民的生活。 自环境问题出现以来，人们对河流污染的预测和防治进行了大量的研究，已取得了很多成果。;污水排入河流之后的混合过程，可以将其划分为三个阶段：;（1）第一阶段(垂直混合阶段，也称为初始稀释阶段) ; 排污口的位置有表面排放与淹没排放两类。如果污水在水下较深处排放，则可利用较大的水深使污水在河流中达到较好的初始稀释。 在初始稀释过程中，射流的动量和浮力的作用也将随之减弱，在第二阶段就不考虑其影响。;（2）第二阶段(横向混合段或初始段) ;（3）第三阶段(纵向分散段) ;第一阶段在排污口附近，称为近区。一般是三维问题，需要浮力射流理论。 第二、第三阶段发生在离排污口较远的区域，称为远区。;对三个阶段的划分也不是严格的，因为各个方向的混合并不是截然分开的，这样的划分只是反映了混合过程各个时期的主要特征，况且在实际问题中，也不一定都按三个阶段进行处理：;第二节 矩形河道均匀流污染带的计算; 在大多数河流中，河宽远大于水深。例如：有一河流宽W=30m、深h=1m，初步用下式估算垂向紊动扩散系数Ez和横向混合系数My：; 在实际应用中，为了研究方便，可以假定污染物质在开始时就是沿垂线均匀混合的（即忽略第一阶段），或者说开始时就可以作为一条垂直均匀混合线源来分析其水平二维扩散问题。如果第二阶段的距离不是太长，此时可以忽略污染物质的非守恒性，作为示踪物质考虑。;一、污染带的浓度;（5-2-1）; 当坐标原点与污染原点重合时, 参照连续无限长恒定线源一维随流一维横向紊动扩散的稳态情形的解的形式： ;将式（5-2-2a ）改写为：;图5-3 污染源点位于y0;图5-3 河流污染带的起始计算断面和坐标;对真源y=y0，在y=0和y=W均有完全反射壁： ;考虑到两岸的反射，利用像源法便得污染带的浓度解： ;（5-2-4a）; 二、污染带的长度（带长）;设污染源点位于河中心线上（y0￠=1/2），据式（5-2-4b）: 分别算出沿中心线（y ￠= 1/2）和沿岸边线（y￠ =0或y￠=1）的相对浓度值c/cm 。;图5-5 中心排放时沿中线和岸边的浓度曲线; 如果水流条件和边界条件不变，但将中心排放改为在岸边一侧排放。此时，岸边排放的污染带形状与中心排放的污染带的一半是相似的。也就是说，岸边排放具有的横向扩散宽度是中心排放的一侧宽度的两倍。;上述两个带长公式并没有得到实验的支持，主要是因为浓度沿纵向变化很慢，对完全混合的标准也难以掌握，以致对带长的量测有很大的不确定性。目前，对带长公式的实验验证仍然有困难。;（5-2-7）;对横向线源情形，近似有：;三、污染带的宽度（带宽） 带宽是指污染带的横向宽度;三、污染带的宽度（带宽） 常用的带宽定义有两种;第二种：由于浓度在横向上服从正态分布，宽度为4σy的正态分布曲线下的面积占总面积的95.4%，习惯上取4 σy的宽度来代表正态曲线的宽度。;四、时间连续横向线源的污染带 ;（5-2-12）;如果横向线源的浓度是均匀的, 亦即ci(y) =c0(常数), 有：;（5-2-13a）;（5-2-14）;例：某一河流，有微弯，边岸和断面的变化不大，流量为141m3/s，近似为均匀流，河宽为124m，水深为1.86m，河床糙率为0.025。有工业污水排入河中，污水流量为0.132m3/s，含有害的守恒物质，浓度为200mg/L。 （1）设排污口位于河中心，求下游1km断面上的最大浓度及该处的带宽; （2）设排污口位于左岸边，求下游1km断面上的最大浓度及分别离左岸31m和62m(河中心)处的浓度，并求该断面的带宽; （3）分别求上述中心排放和岸边排放的带长。;解:; （1）求某指定点的浓度 ;表 污染带浓度计算;（2）求带宽 ;（2）求带宽 ;对岸边排放： 仍保留坐标轴原点在起始断面的左岸边，便有y0=0。 对x=1000m，用试算法得：当y=34m，f(y)=0.051，于是有带宽Wp=y≈34m。 ;第二种方法;（3）求带长;例：两条河流汇合时的混合问题在实际中是常见的。例如某城市的水源，一部分来自上游的一条河，另一部分来自本地区的集雨，两者水质不同，在进行水处理之前，先将两者混合。设每个水源流量均为1.42m3/s，现设计一条宽为6.10m的矩形渠道，纵坡S为0.001，糙率n为0.030，以便两个水源在该渠汇合后达到完全混合（见图5-7），试问该渠道要多长？ ;解 先求出该设计渠道的水深h和断面平均流速V： 已知连续方程Q=hWV，式中的断面平均流速由谢才公式和满宁糙率确定，于是有;带长系数按式（5-2-9