浅水湖泊含泥沙影响的水质模型研究.pdf

《浅水湖泊含泥沙影响的水质模型研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第41卷第9期人民长江Vo1．41．No．92010年5月YangtzeRiverMay，2010文章编号：1001—4179(2010)O9—0077—05浅水湖泊含泥沙影响的水质模型研究吴宏旭，朱文谨(1．河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏南京210098；2．淮海工学院土木学院，江苏连云港222005)摘要：以水体中的污染物浓度(包括液相和固相)为对象，根据对流扩散过程和紊动力学原理，从理论上导出了三维水流、泥沙和污染物耦合作用的方程；方程的底边界条件采用泥沙动力学理论进行分析和处理，同时给出了含有泥沙通量形式的二维

2、水质方程。以江苏省苏州市澄湖为例，对澄湖有底泥、无底泥时水质进行了计算。结果表明，含内源污染的水质方程的计算结果与实测值吻合更好，这也证实了含底泥影响的浅水湖泊二维水质模型的有效性和实用性。关键词：底泥；污染物；水质方程；耦合；澄湖中图法分类号：X171文献标志码：A由于泥沙是湖泊生态系统重要影响因子，是水中澄湖为例，用得到的二维水质方程进行计算，结果说明污染物的储备器和来源之一，所以在浅水湖泊水质研文中导出的方程是有效的。究中具有重要地位。。国内外对含底泥影响的浅水1泥沙水质耦合方程湖泊水质研究的焦点主要是在物质守恒和对流

3、扩散原理的基础上进行理论和求解方法等方面的研究。设水体中的污染物浓度为s(包括溶解在水中的由于一些概念性的问题还存在着较多争议，出现了多水相污染物浓度s和吸附在泥沙上污染物浓度S)，水种形式的水流、污染物和泥沙耦合方程，尤其三维泥沙体中泥沙浓度为c，泥沙吸附污染物的系数为k。(单位水质方程的形式更是多样。泥沙和污染物耦合计算中质量的悬移质的污染物吸附量)；综合降解系数为k：；采用较多的方法是只考虑污染物的液相浓度，而泥沙泥沙和污染物在垂直方向上除了以水流的垂向速度输吸附和解吸的污染物质必然对液相构成影响、底泥冲运外还包括吸附

4、在泥沙上的污染物因泥沙的重力作用淤必然转移污染物质，在对流扩散过程中以源汇形式产生的沉降过程(一k．OAt2)。参照三维悬沙运动方程的加入底泥冲淤对污染物的影响¨。此类方法存在的推导可以得到水质方程：问题是三维物质输运方程是局部方程，适用于水体的a5OusOvsOwsOklc任何部分。水流只有在底部水体才会直接和底泥产生ataxa，8zaz相互作用，也就是底泥影响只能体现在水体底边界条件上，因此在三维水流、泥沙和污染物耦合方程中出现熹(塞)+()+(塞)一c底泥影响项与方程本身的物理机制不相符。式中，t为时间；u分别为水流、

5、Y、方向的速度分为解决这个问题，以水体中的污染物浓度(包括量；oJ为沉降速度；8、s、s为脉动扩散系数；各时刻液相和固相)为对象，依据对流扩散过程和紊动力学的泥沙浓度。可由泥沙运动方程求解得到。一_Oklooc的原理，从理论上导出了三维水流、泥沙和污染物耦合作用的方程，方程的底边界条件采用泥沙理论进行分析物理意义为：泥沙的沉降引起水体中污染物浓度的减和处理，也给出了含有底泥影响的二维水质方程。以少。同时，式(1)也说明了要确定水体中的污染物浓收稿日期：2009—12—10作者简介：吴宏旭，男，高级工程师，博士研究生，主要从事

6、水资源调查评价及水流数值模拟工作。E—mail：wuhongxu@tom．COB78人民长江2010年度首先必须借助泥沙守恒方程明确各时刻的泥沙浓其次是一sI⋯的确定。扩散项一8度，这一结论与直观理解也是一致的。该三维水质方程结合三维的泥沙输运方程能够考虑泥沙(包括底泥)OSwI_⋯表示底床处因水流的紊动扩散引起的水相污名‘一b对水质的影响，在形式上与传统的方法——对流扩散染物向上通量。紊动作用不但引起了泥沙的再悬浮过程中以源汇形式加入底泥冲淤对污染物的影响项进(冲刷)同时也会引起底部的孔隙水与上覆水的混合。行比较，式(1)

7、的物理意义更为明确，更能够符合三维方程本身所表达的物理机制。考虑到水流只有在底若底床表面的孑L隙率记为咖，=部水体才会直接和底泥产生相互作用，所以底泥对污染物的影响可以体现在方程的底边界条件上。-o71⋯，其中警l⋯为孔隙水与上覆水的污染物浓度为了清晰地说明底泥对污染物的影响，且考虑到梯度，咖。OS'I目前很难确定，根据实际的物理意义实际工程的应用中使用较多的是平面二维水质方程，⋯下面给出了含底泥影响的水质方程推导过程。对式采用底泥的冲刷量表示可以解决这一问题。根据悬沙(1)沿水深积分，即从河底气积到水面。，式(1)可变为：

8、运动理论p鲁：∞(c—c)，单位时间单位面积底泥冲刷量h可表示为h=!!二!：2f。<。一a++一a4·-一a'，==：旦一ax(J＼8sx—ax)／J+■·旦c一3y(J8sy一av)，-一时)，单P位时I司单位面积冲刷再悬浮过程进入水体的孔隙水污(。c)I⋯一(OS)I⋯一zhS(2)