考虑边界反射的河流离岸排放污染混合区计算方法

在等强度点源离岸排放条件下,从简化二维移流扩散方程的解析解出发,探讨了考虑两岸反射作用的中宽河流污染混合区的计算方法。给出了污染混合区边界形状曲线与量纲一方程的形式;采用迭代计算和试算比较法,给出了靠岸与离岸两种类型混合区各几何特征参数(坐标)、面积及面积系数与相对离岸距离的关系曲线,提出了以相对离岸距离a'作为判据的排放类型分区条件。给出了河流岸边、离岸与中心排放的分类判别准则:(1)当0≤a'≤a'1时,简化为岸边(近岸)排放类型;(2)当a'1a'a'2时,称为离岸排放类型;(3)当a'2≤a'≤0.5时,简化为中心排放类型,并给出了岸边排放类型与离岸排放类型的临界相对离岸距离a'1和中心排放类型与离岸排放类型的临界相对离岸距离a'2的表达式。通过回归分析,给出了中宽河流离岸排放类型混合区主要特征参数的实用计算公式,可作为中宽河流污染混合区范围计算和排污口位置优化设计的依据。     

河流污染混合区特性计算方法及排污口分类准则Ⅱ：应用与实例

针对困扰排污口位置优化设计与排污削减量计算的实际问题,基于宽阔河流岸边、离岸与中心排放的分类准则,克服理论方法繁琐的试算比较过程,以显函数的形式提出了污染混合区无量纲最大长度、最大宽度及面积的分类简化计算公式和最大控制排污量的计算方法。在河流岸边(近岸)、离岸与中心排放类型条件下,以应用实例给出了根据离岸系数η进行污染混合区范围计算和排污口位置优化设计以及排污削减量计算的方法步骤。计算结果表明:在具体工程设计中,排污口的离岸距离与排污削减量可通过经济技术比较进一步核定。结果可为河流排污口位置的优化设计和控制排污量、排污削减量计算提供分类、简便、快捷的方法依据和设计范例。     

考虑河流流速和横向扩散系数变化的污染混合区理论分析及其分类

宽阔河流的中部深槽和远岸地形变化,对排放岸附近污染混合区范围的影响很小。因此,河流断面平均流速和横向扩散系数不能很好地反映排放岸附近污染物的移流扩散特性。通过对长江黄沙溪排污混合区平水期同步观测资料的分析,提出了深度平均流速的横向指数分布和横向扩散系数的二维变化关系式。在宽阔河流顺直岸边稳定点源条件下,求解了变系数二维移流扩散方程浓度分布的解析解,进行了浓度分布的特性分析。在此基础上,推导了污染混合区最大长度、最大宽度和对应纵向坐标以及面积的理论公式,给出了污染混合区边界归一化(等浓度)曲线方程。讨论了深度平均流速和横向扩散系数分布的特性参数(m,n和α)对污染混合区形态的影响规律,提出了河流岸边排放污染混合区的类别、形状特征、分类条件和变横向扩散系数的估算方法。实例表明,α-Ⅰ型污染混合区、边界曲线方程和几何特征参数,能够较好地表征长江黄沙溪排污混合区平水期COD_(Cr)现场观测等值线形状。     

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。     

污染混合区的二维解析计算及移流扩散方程的分类简化条件

在恒定时间连续点源条件下,从移流扩散（离散）方程的完全二维解析解出发,给出了污染混合区的二维解析计算方法和等浓度曲线方程,分析了污染混合区的形状变化规律;以简化二维移流扩散条件下的污染混合区长度L为特征长度,定义了佩克莱特数Pe ,给出了污染混合区无量纲上、下游长度、最大宽度及相应纵坐标和面积的试算公式及诺莫图。表明污染混合区的无量纲尺度主要取决于佩克莱特数,其次无量纲最大宽度和面积还与 有关。给出了非保守物质污染混合区的修正计算方法以及保守与非保守物质的计算分区图;完整系统地提出了二维移流扩散方程定量化的分类简化条件,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Ⅰ：顺直宽河流不考虑边界反射

在恒定连续点源条件下,从移流扩散方程的二维解析解出发,给出了顺直宽河渠无边界反射情况下,污染混合区的二维解析计算方法和等浓度曲线方程,分析了污染混合区的形状变化规律。以简化二维移流扩散条件下的污染混合区长度为特征长度L、流速U和纵向扩散系数E-L,定义了贝克来数Pe=UL/E-L,给出了污染混合区无量纲上、下游长度、最大宽度及相应纵坐标和面积的试算公式及诺莫图。结果表明,污染混合区的无量纲长度主要取决于贝克来数,而无量纲最大宽度和面积既取决于贝克来数也与横向与纵向扩散系数的比值λy有关。在此基础上,给出了非保守物质污染混合区的修正计算方法,以及保守与非保守物质的计算分区图。系统地提出了二维移流扩散方程的简化计算条件。     

明渠混合污染物侧向和垂向扩散系数的计算方法及其应用

明渠的侧向和垂向扩散系数是衡量岸边水流对污染物质混合输移能力的重要水质参数之一, 其值的准确与否直接关系到明渠水质预测预报成果的可靠性。基于污染混合区的理论计算方法,推导了污染混合区外边界标准曲线和曲面的统一方程,包含最大长度Ls、最大宽度bs和最大深度ds等特征尺度。该曲线形状近似于半椭圆,曲面形状为近似椭球体的一部分,表明污染混合区具有相似性。给出了由岸边污染混合区外边界最大长度、最大宽度或最大深度和平均流速确定侧向或垂向扩散系数的计算公式,提出了采用污染混合区面积或体积进行总体控制的侧向或垂向扩散系数计算方法和采用水面横向积分浓度确定垂向扩散系数的实用方法。通过现场观测结果分析,给出了洸府河下游河段枯水期的侧向扩散系数0.27 m2/s。     

倾斜岸水库污染混合区的理论分析及简化条件

在恒定连续点源条件下,从一维流动中三维扩散方程的解析解出发,给出了顺直倾斜岸大宽度深水水库污染混合区的解析计算方法和等浓度曲面方程,分析了污染混合区断面和平面形状的变化规律;提出了采用污染混合区下游长度作为特征长度定义贝克来数Pe,给出了污染混合区无量纲上、下游长度、最大宽度与最大深度及相应纵坐标和面积的计算公式及其曲线图.表明污染混合区的无量纲尺度主要取决于贝克来数,其中无量纲最大宽度和面积还与横向(垂向)和纵向扩散系数的比值有关、无量纲最大深度还与和岸坡倾角有关,提出了一维流动中三维扩散方程的简化条件.该解析方法和计算公式可为天然水库污染混合区的估算提供理论依据.     

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     

水环境影响预测中计算参数的确定及敏感性分析

无论采用解析计算还是数学模拟对河流污染混合区开展分析,其计算参数的准确性比选择不同数学模型对预测结果的影响更大,应予以重视。基于宽阔河流污染混合区几何特征尺度的理论公式,分析并提出了采用多年平均枯水期流量确定环境设计流量的方法和考虑排污风险修正系数的排污强度确定方法,给出了河流污染混合区各计算参数正、负误差分别引起的最大长度、最大宽度和面积误差的敏感性排序。结果表明,水深、流速和横向扩散系数的正误差会减小污染混合区范围,而排污强度的正误差则会增大污染范围,而且,污染混合区几何特征尺度的误差变化幅度远超过其计算参数的误差变化幅度,揭示了计算误差的放大效应。     

河流移流离散水质模型的简化和分类判别条件分析

从描述河流一维移流离散稳态水质模型的基本微分方程出发,通过理论分析指出现行移流离散模型简化、分类方法存在问题,即仅根据O'Connor数的判别条件不全面,会出现排污对上游的影响较大而在计算时却被忽略的情况,按上、下游影响长度的比值为1％和99％作为简化、分类依据不实用。在详细分析河流移流、离散和降解三种作用之间对比关系的基础上,提出了采用O'Connor数α和贝克来数Pe两个简化、分类参数并给出了临界值。给出了新的移流离散水质模型方程的简化、分类判别条件：1)当α≤0.027、Pe≥1时,采用移流模型;2)当α≤0.027、Pe<1时,采用移流离散简化模型;3)当0.027<α≤380时,采用移流离散模型;4)当α>380时,采用离散模型。算例分析表明,新判别条件可以满足实际工程和环境管理的应用要求。     

应用射线方法计算天然河流中多点排污形成的污染浓度分布

本文应用射线方法(即一阶偏微分方程的特征线方法)求解浅水流动中对流一扩散问题小参数渐近展开的一级近似方程,并用这个方法计算天然河流中污水多点排放形成的污染浓度分布.计算结果与实测数据作了比较.     

应用射线方法计算天然河流中多点排污形成的污染浓度…

本文应用射线方法求解浅水流动中流－扩散问题小参数渐近展开的一级近似方程，并用这个方法计算天然河流中污水多点排放形成的污染浓度分布。计算结果与实测数据作了比较。     

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的理论分析

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 （n为自然数）的角形域顶点排污的浓度计算。     

黄河多泥沙河段扩散系数的示踪实验研究

扩散系数的确定是河流水质模拟与预测的一项重要内容。为确定黄河多泥沙河段横向混合系数和纵向离散系数,在黄河孟津段进行了现场扩散示踪实验。实验选择不被泥沙吸附、在黄河本底浓度值低、测定方法成熟的重铬酸钠作为示踪剂,示踪剂采用岸边有限时段恒速连续方式投放。示踪剂在混合区的混合输移规律用稳态二维Taylor扩散方程定量描述,扩散方程中的扩散系数用有限差分法求解。根据示踪实验获得的实测数据,计算求得横向混合系数值为0．32m^2／s、纵向离散系数值为40m^2／s。用求得的扩散系数值进行示踪剂扩散输移模拟计算,其模拟计算值与实测值相比较的最大相对误差为27．2％。结果表明本次示踪实验是成功的,由示踪实验确定的扩散系数值是可靠的。考虑本河段水力学情况,选择式E=αHu,作为由水力学参数直接推导扩散系数的经验公式,并且根据示踪实验的实测数据进行计算,得到实验河段的无因次横向混合系数αx值为3．61、无因次纵向离散系数αx值为451．25。     

利用单纯形-粒子群算法识别二维河流水质参数

将单纯形-粒子群混合算法应用于分析二维河流横向扩散情况下的水团示踪试验数据,估计河流的横向扩散系数、断面平均流速和污水排放位置。数值试验结果表明:(1)加速因子c_1,c_2和参数初值取值范围综合影响粒子的搜索能力,当加速因子c_1=c_2=1.72时,有利于保持粒子的搜索能力;(2)在同样的条件下,混合算法的时间性能指标值小于单一的粒子群优化算法;(3)参数初值的取值范围对混合算法收敛性几乎没有影响;(4)混合算法可以有效地应用于河流水质数学模型参数识别问题。混合算法能改善粒子群算法在迭代后期出现的收敛速度慢、早熟的不足,是分析河流水质模型参数的一种有效方法。     

有限时段源一维水质模型的求解及其简化条件

有限时段源一维水质模型的求解及其简化为按瞬时源处理的判别条件,对事故性排放污水的应急计算具有十分重要的意义。在等强度有限时段源条件下,采用变量替换和拉普拉斯变换方法,求解了河流污染物浓度分布的解析解。在不同的简化条件下,讨论了该解析解与可对比解析解的一致性。定义了排放数W_t=u~2t_0/D_x,提出了有限时段源可以按瞬时源计算的临界时间t_k(W_t)方程和简化判别条件:当扩散历时tt_k,按有限时段源的浓度分布公式计算;当扩散历时t≥t_k,按瞬时源的浓度分布公式计算。     

确定河流水质参数的抛物方程近似拟和法

提出了一种新的分析瞬时投放示踪剂条件下的一维河流水团示踪试验数据,进而确定河流水质参数的方法.该方法利用抛物方程拟和t1/2c t曲线的峰部区域,推导出利用曲线上3点坐标值计算该抛物方程的极大值和对应时间的公式,利用该时间公式建立计算河流断面平均流速的公式.在此基础上,对浓度时间数据进行转换,推导出计算河流纵向弥散系数和综合排放参数的计算公式.理论推导和算例表明,抛物方程近似拟和法具有对试验数据组数的要求不高、计算过程比较简单和同时能够计算3个水质参数等优点.