倾斜岸坡角形域顶点排污浓度分布的实验研究.pdfVIP

第29卷第12期 长 江 科 学 院 院 报 Vo1．29 No．12 2012年 12月 JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstitute Dec． 2 0 l 2 DOI：10．3969／j．issn．1001—5485．2012．12．008 倾斜岸坡角形域顶点排污浓度分布的实验研究 武周虎 ，吉爱国 “，胡德俊 ，时林艳 ，徐美娥 (青岛理工大学 a．环境与市政工程学院；b．通信与电子工程学院，山东 青岛 266033) 摘要：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 0= 360。 (角域映射系数卢=4，5，…，11)的角形域，按格栅振荡频率 n=20，40，60r／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=20，40，60r／min时，各倾角横向扩散系数的平均 值分别为18．38，30．88，43．94cm／s；垂向扩散系数的平均值分别为1．89，2．47，3．24cm ／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卢的奇偶不同和以卢=4的倍数的周期性变化规律。 关 键 词：环境水力学 ；倾斜岸坡；角形域 ；格栅振荡紊动；数字图像处理；浓度分布；实验研究 中图分类号：X143；X524 文献标志码 ：A 文章编号：1001—5485(2012)12—0034—07 像反射原理结合解析方法给出了倾斜岸河库横向与 垂 向扩散系数不相等情况下角形域顶点排污浓度分 1 研究背景 布的理论分析成果。笔者在横向与垂向扩散系数不 江河水库岸坡通常是倾斜的，市政和工业排水多 相等的条件下，采用在矩形河渠验证过的地表水水 采用岸边侧向排放方式进入天然水体，并在岸边水域 质模型模拟了角形域中污染物的扩散过程，发现在 形成一定范围的超标水体，即污染混合区。针对不同 倾斜边界上不能满足法向浓度梯度为零的物面条 水域排污浓度分布的研究是进行水环境功能区划分、 件，使本项实验研究显得更加重要。 优化削减负荷分配、制定水环境整治综合控制方案及 本文基于研制的倾斜岸坡角形域顶点排污立面 设计污水排江排海工程的重要环节和关键技术 J。 二维扩散水槽实验装置，在静止水体瞬时线源排放 河流水库横向(或侧向)与垂向扩散系数不相等是普 方式和格栅振荡紊动产生横向与垂向扩散系数不相 遍存在的自然现象，在这种隋况下倾斜岸坡角形域顶 等的水体环境条件下，对不同岸坡倾角开展角形域 点排污在扇形空间的扩散和边界反射相当复杂 。 中污染物的扩散过程实验，采用图像采集与数字图 开展角形域顶点排污浓度分布的实验研究，对于揭示 像处理技术测量二维浓度场，进行实验结果与理论 横向与垂向扩散系数不相等条件下倾斜岸河库污染 解的对比和扩散系数与振荡频率的关系分析。 物浓度分布的变化规律及其应用，推动环境水力学的 发展具有重要的理论价值和实际意义。 2 实验装置与器材 国内外以往的研究多集 中在无限水域和矩形断 面考虑边界反射情况下污染物浓度分布的解析