水中泥沙浓度的超声成像测量研究

在利用B超仪对沙水混合物进行成像的试验中,发现图像中沙粒光斑的总面积和强度与水中含沙量呈现出一定的对应增长关系,根据这种关系提出了一种基于B超成像技术的含沙量测量分析方法。该方法利用B超仪获得水中悬浮沙粒的图像,通过统计分析图像中沙粒光斑的总面积强度与整个测量区域的比值得到灰度比值,最后建立灰度比值与实际含沙量的对应关系,并利用这种关系来计算待测含沙量。该方法灵敏度较高,对水流无扰动,能够实时连续地反映水中含沙量的动态变化及其垂线分布,特别适合较低浓度的泥沙测量和分析研究。     

河道汛期行洪冲污研究

海河水质呈恶化趋势，尤其是汛期排入的雨污水是海河有机污染的主要来源，利用汛期洪水冲污是改善河道水质的手段之一。依据连续性方程、动量方程、自由表面方程、状态方程和水质输运方程，采用有限差分法，建立海河河道水质模型，模拟海河汛期行洪后，污染物的输移扩散及降解转化过程，研究泄流量与冲污的关系。通过计算海河河道汛期行洪时氨氮、高锰酸盐指数浓度随时间变化情况表明，在不同泄流量下，污染物输移扩散及降解转化速率不同，流量大时，能更快的把污染物送入海河口。     

B超在含沙量及其垂线分布测量中的首次应用

针对河港工模型试验中的泥沙测量与研究,借助B超仪和三维定位行走控制平台构建了一个含沙量及其垂线分布的分析与测量系统。系统利用B超成像技术获取含沙水流中悬浮沙粒的图像,针对B超图像编写含沙量分析软件,分析图像中指定区域的沙粒成像光斑面积的灰度浓度。通过率定试验,建立灰度浓度与水中实际含沙量的对应关系,并利用这种对应关系来计算待测含沙量。系统实现了较低含沙量及其垂线分布的在线同步分析与测量,具有操作简单、直观可视、实时性好、灵敏度高的特点。     

河流污染物浓度的二维解析计算及移流扩散方程的简化条件

摘要：在保守物质恒定时间连续点源条件下，从计入河流纵向扩散项的二维移流扩散方程解析解出发，考虑两岸边界反射作用，给出了河流污染物浓度的二维解析计算方法和污染物的无量纲浓度分布方程；定义了综合反映纵向移流作用与纵、横向扩散作用比值的无量纲数——修正佩克莱特数 。在 相等的条件下，论证了岸边排放与中心排放浓度分布的一半具有相似性，以及在相对浓度达到10-6的精度条件下，通过计算实验给出了边界反射次数与修正佩克莱特数的回归关系式；在 ，忽略纵向扩散项的条件下具有自动相似性；给出了河流污染物相对浓度分布、排放岸和对岸特征浓度点的无量纲纵坐标以及全断面均匀混合的无量纲距离与修正佩克莱特数 之间的关系曲线；在相对坐标中污染物达到全断面均匀混合的距离在排污口断面上、下游相等，在排污口断面下游均匀混合浓度为Cd=CM，在排污口断面上游均匀混合浓度为Cu=(0～1)CM；以修正佩克莱特数作为移流扩散方程简化的判据，给出了移流扩散方程的简化条件，具有很好的可操作性和实用性。     

河流混合污染物浓度二维移流扩散方程的解析计算及其简化计算的条件Ⅱ：顺直河流考虑边界反射

在保守物质恒定连续点源条件下,从包含河流纵向扩散项的二维移流扩散方程解析解出发,考虑两岸边界反射作用,给出了河流污染物浓度的二维解析计算方法及污染物的无量纲浓度分布方程。定义了能综合反映纵向移流作用与纵向、横向扩散作用比值的修正贝克来数Pw。在Pw相等以及在相对浓度达到10^-6的精度条件下,通过数值计算给出了边界反射次数与修正贝克来数的回归关系式。当Pw≥7.5,忽略纵向扩散项的条件下,岸边排放与中心排放浓度分布的一半具有自动相似性。给出了河流污染物相对浓度分布、排放岸和对岸特征浓度点的无量纲纵坐标以及     

基于PIV的横流中射流轨迹与扩散特性试验研究

横流中射流在工业中有着广泛的应用,对其流动规律和轨迹特性的研究一直是市政排放工程设计、环境风险评估研究的热点。该文以性质稳定的蓝墨水溶液作为射流源,在U型水槽试验利用PIV测量技术结合CCD相机进行图像处理,对已知浓度值的溶液测定灰度进行标定,建立起射流浓度值与图像灰度值的标定曲线。通过不同的横流流速uc与射流流速uj进行横流中射流试验,首先以MATLAB为手段对试验数据拟合得到射流轨迹方程;然后分析射流浓度分布得到随横流速度减小或射流速度增大射流扩散宽度将增加,以及射流浓度符合高斯分布的变化规律;最后用量纲分析获得了合理的射流轨迹、半宽以及稀释度三个无量纲关系式。     

引黄济津河道水质数值模拟与预测

依据连续性方程、动量方程、自由表面方程、状态方程和水质输运方程,采用有限差分法,建立河道垂向二维水动力水质模型。根据2000-2001年第6次引黄数据资料对水质模型进行调试,建立引黄济津调水工程水质模型。利用已建立的模型,对2002-2003年第7次引黄河道水质进行了预测,并将预测结果与实测数据进行比较,预测结果与实测结果基本一致,表明该模型能较好地预测引黄济津河道水质状况。同时,根据污染物浓度峰值的变化情况,分析了污染物的输移扩散及降解转化规律。     

重金属污染物在土壤中的扩散规律及埋置策略研究

为了探索重金属污染物在土壤中的扩散规律,本文基于三维扩散方程,推导出了空间、时间和扩散系数等因素对埋置点周围重金属污染物浓度的影响规律。在此基础上,分析比较了集中埋置和分散埋置方法对重金属污染物浓度分布影响的异同。结果表明:在其他条件相同时,某一空间位置的浓度随扩散时间和扩散系数的增大先增大后逐渐减小,最后曲线趋于平缓;相同扩散时间情况下,浓度随着扩散半径的增大而减小,当扩散半径大于一定值时,浓度趋于零。对同量的污染物的三种不同的埋置方案进行分析发现:埋置点越少,其附近的浓度越高,而埋置点越多,远处的浓度越低。     

冲积河流底泥中污染物的输移转化方程

本文推导了底泥中污染物输移转化方程。该方程定量地反映了水流强度、床沙级配与底泥污染物迁移转化的关系,描述了河床冲淤过程中底泥污染物时空变化的动力学特性。文中以石油类污染物为例,利用数值方法模拟了底泥污染及冲刷释放现象,并与实验资料进行了比较,计算与实验符合良好,说明本文结果可作为冲积河流底泥污染物输移转化规律研究的基础。     

基于降雨条件的垃圾污染物释放规律实验研究

为全面系统地研究垃圾污染物释放规律,科学地分析污染物运移规律和预测污染物浓度分布情况。根据阜新市的实际降雨状况,通过垃圾柱的动态淋溶试验,研究了垃圾渗滤液主要污染物:有机物(CODCr)、Cl-、SO42-、总硬度等释放机理。试验结果表明:(CODCr)的衰减曲线方程为:c=9 792.7e-0.103 t,在垃圾中释放速度最快和最慢的分别为Cl-与有机物(CODCr),该试验成果将为阜新垃圾填埋场污染防治提供一定的理论依据。     

含油废水向水下扩散的实验研究

本文利用摄像结合数字图象处理技术，实测分析含油废水在混合水箱中的扩散浓度场，验证了水体的紊动作用是油滴向水下扩散的主要动力；实验及数值计算结果表明，混合水箱中油滴紊动扩散系数Ｄｚ沿水深而增大，呈指数分布；油份浓度越大的含油废水越难向水下扩散，Ｄｚ与含油废水的油份浓度呈指数衰减关系，而与紊动强度呈线性增加关系。     

波浪环境中垂向紊动射流的三维数值模拟

实验结果显示在持续的波浪环境中污染物稀释度比无波环境有显著提高,但是关于波浪要素与污染物浓度分布之间的关系的研究还不充分,结论还不统一,需要在实验及数值计算等方面对这个课题作更深入的研究.本文采用非线性紊流模型和VOF方法建立了波浪环境中垂向紊动射流的三维数值模型,通过改变波浪参数做了大量的数值模拟实验.基于数值模拟结果,重点分析了射流初始稀释阶段污染物浓度分布和波浪要素的关系.     

Hydrodynamic effects on contaminants release due to rususpension and diffusion from sediments

Hydrodynamic effects play a very important role in the contaminants release from sediments. Experiments were perfor-med to study contaminants releasing characteristics due to resuspension. The time-dep...     

水质模型中污染物衰减系数敏感性分析

对于河流纳污能力数值模拟问题,污染物扩散衰减系数是一个重要参数,决定了模型的准确性和可靠性。本文针对三峡大坝至葛洲坝之间河段,基于Mike21建立平面二维水质模型,以氨氮为典型污染物分析河流纳污能力,在此基础上进行了衰减系数对流量、本底浓度及有无衰减过程等因素的敏感性分析。模拟结果表明:相比本底浓度,流量的改变对污染物扩散过程的影响更为明显;污染物扩散范围随流量的增加而增加,随本底浓度的增大而降低;增大衰减系数将使污染物扩散范围减小,且高流量低本底浓度时衰减系数的取值范围较大,使得影响范围变幅最大。     

挑流水舌雾化的研究

通过对已建大型水电站挑流水舌雾化的原型观察，本文论述了高水头的挑流水舌的形态仍基本遵循重力相似规律。本文提出的原型观察结合图象处理研究雾化强度分布的方法方便可靠，用以预报在建水电站的挑流雾化时有利于工程建设。本文最后从水舌雾化角度，对新型消能工进行了初步评价。     

Experimental study of water and dissolved pollutant runoffs on impervious surfaces

The water and dissolved pollutant runoffs on impervious surfaces are the essential factor to be considered in design methods to minimize the impacts of the diffuse water pollution. In this paper, experiments are conducted to study the water and dissolved pollutant runoffs on impervious surfaces for different rainfall intensities and surface roughnesses. It is shown that a larger rainfall intensity and a smaller surface roughness reduce the time of concentration and increase the pollutant transport rate. Most of the pollutant runoffs take place at the initial stage of the rainfall. The pollutant transport rate rapidly reaches a peak and then gradually drops to zero.     

基于自适应网格的急流条件下污染物输运高效高精度模拟

为了高效准确模拟急流条件下突发水污染事件中污染物的输运规律,基于自适应网格技术构建了Godunov格式有限体积模型。模型利用自适应结构网格离散二维浅水控制方程,对水位梯度或污染物浓度梯度较大的区域进行精细网格划分,同时细化干湿边界区域网格。模型采用MUSCL-Hancock方法求解二维浅水控制方程,使模型具有时空二阶精度;利用HLLC格式近似Riemann解计算界面通量,对界面两侧的Riemann变量进行非负重构和局部底部高程修正以确保模型计算的和谐性和稳定性。算例验证表明:自适应网格技术可以自动识别水位梯度或污染物浓度梯度较大的区域以及干湿边界区域并细化该区域网格,保证模型模拟精度的基础上,提升模型模拟效率;该模型能够准确高效地模拟急流条件下污染物的输运过程,适用于突发水污染事件的评估、预警和应急管理。     

基于降雨分析的窄缝挑坎消能工水翅特性研究

通过建立窄缝挑坎消能工物理模型,模拟研究出射水流的激溅水翅问题。通过调整窄缝挑坎体型参数( 弗氏数Fr、收缩比 β、挑角 θ)以获得不同出射水流条件,进行对比试验分析水翅的成因及其引起的降雨量区域强度变化趋势,甄别影响水翅形成及其强弱变化的主要水力参数,总结其变化规律。研究表明,窄缝消能工水舌的外缘挑距和入水长度均会随着弗汝德数Fr的增加而增大,挑坎下游典型区域的雨量分布亦随之发生变化;随着窄缝收缩角的增大,急流冲击波波角逐渐变小,水翅向岸边扩散的角度变小,冲击波交汇点距离窄缝出口更近,降雨向岸边扩散的范围也逐渐变小;此外收缩比与水舌外缘挑距和入水长度变化成反比。本研究成果可进一步加深对窄缝挑坎消能工水力特性尤其是水翅形成机理的认知,为工程实践提供优化依据。