环境流体力学论文

x 25.1(m) u
uB 2 = 19.5km Ey
uB2 Lm = 0.4 = 78km Ey 根据以上计算我们能明确的看到从排放口开始往后的污染物浓度分布。
四、总结
当今社会面临的环境压力越来越大，各个国家对于工厂、企业的污废 水排放标准也越来越严厉，为更好的保护环境，对于该部分知识的掌握是 十分必要的。通过计算污染物的浓度分布、带长以及带宽，我们可以对河 流污染进行预测和防治，同时可以以此数据为基础，在控制范围内进行处 理，从而减少资源的浪费，从经济和环保两方面出发，保护环境。
布均匀的线源，采用时间连续线源分布函数
− x, y = C
ūy 2 exp − 4Ey x 4πxūEy m
若只考虑同岸单边界反射,则有
ū y2 exp − 4Ey x − m x, y = = C 4πxūEy ū y + 2b +exp − 4Ey x
对于岸边排放，则有：
2
− x, y = C
三、实际应用
这部分内容在实际中应用广泛。如某一河流，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。求： （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：
c( x, y) m 4E y ux u ( y 2nW y 0 ) 2 u ( y 2nW y 0 ) 2 ] exp[ ]} 4E y x 4E y x
n


{exp[
单位时间内在单位水深上注入的污染物质质量为:
m cd Qd 2 105 0.132 1.42 104 [m g /(s m)] h 1.86
[4] 周云，张永良，马伍权主编.天然河流横向混合系数的研究.水力学报
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（1） 求某指定点的浓度 当中心排放和岸边排放时，断面上的最大浓度分别出现在该断面上的 河中心和排放岸的岸边上。为便于计算，令
ck m
u ( y 2nW y 0 ) 2 u ( y 2nW y 0 ) 2 , E1 (n) exp[ ]，E2 (n) exp[ ] 4E y x 4E y x 4E y ux m 4E y ux
c( x, y)
n


u ( y 2nW y 0 ) 2 u ( y 2nW y 0 ) 2 {exp[ ] exp[ ]} 4E y x 4E y x
4
c ck
n
(E E )
1 2

所以污染带浓度计算结果为：
污染 源位 置 中 心 排 放 0.74 62 1000
背景河段 混合过程段 完全混合段
排放口 图1.河水入河后的三阶段
二、污染带的计算
本文主要进行矩形河道均匀流污染带的计算，此时水流近似诶均匀流。 关于这部分的计算我们应该解决的问题是：a.确定污染带内的浓度分布； b.确定污染度的宽度；c.确定污染物扩展至全河段和达到全断面混合所需经历 的距离。 2.1 污染带内的浓度分布 当河宽大于水深时，我们假定污染物在垂向均匀混合，可视为垂向浓度分 2
-1
C
k
c y /m
0
x/m
y/m
n
E
1
E
2
-1
/mg·L 0 +1 -1 0 +1 -1 0 0.74 0 1000 31 +1 -1 0 62 0.74 0 1000 (河中 心) -1 ≈0 ≈0 +1 ≈0 ≈0 1 ≈0 ≈0 1 ≈0 ≈0 0.0 47 ≈0 ≈0 ≈0 ≈0 ≈0 ≈0 1 ≈0 ≈0 0.0 47 ≈0 ≈0 ≈0
Key words：shear flow, discrete, natural rivers, damage zone
1
一、综述
概念：实际流动中，流速沿断面分布不均匀。实际应用中，常用断面的平 均流速来计算物质在断面的输移量，由此造成了计算的物质扩散量与实际的扩 散量不相等，两者之间的差值称为剪切流离散。 废水排入水体后与河流的混合分为三个阶段：第一阶段，在离开排口后以 射流方式和周围水体参混和扩散。当射流的动量或浮力作用逐渐消失以后进入 第二阶段，如尚未扩散至河流的全断面，则将随河水运动，并由于紊动而继续 横向扩散，如果污水的出流是恒定的时间连续源（即稳态情形）在本段将形成 一条稳定的污染带。当扩散至全河段，并且全断面完全混合时进入第三阶段， 以后沿纵向继续随流离散，即进入离散段，其离散作用用离散系数来反映，具 体过程如下图所示。
关键词：剪切流，离散，天然河流，污染带 Abstract
The actual flow of fluid motion is shear flow, so the discrete research has an important practical significance. Theoretically, this problem can be used Eulerian method based on the laminar flow and turbulent flow to solve, but this is very difficult, we often simplify the three dimensional shear flow to a two-dimensional flow or one-dimensional , and then by using section average parameter express one-dimensional flow and vertical average parameter express two-dimensional flow . Because of natural rivers flow is more complicate, who's influenced by the natural conditional, this paper will briefly analysis natural rivers pollution zone related calculation, this part has a certain meaning in environmental protection, which can determine whether the enterprise or enterprise emission the standards and so on.
6
主要参考文献
1 2 3 余 常 昭 主 编 . 环 境 流体 力 学 导 论 . 北 京 ： 清 华 大 学 出 版 社 . 1 9 92 . 杨志峰主编 . 环境水力学原理 . 北京：北京师范大学出版社 .2006. 张书农主编.环境水力学.南京：河海大学出版社.1988. 第六期.1988. 5 李 秋 生 主 编 . 一 种 简 便 易 行 的 污 染 混 合 区 计 算 方 法 .environmental monitoring in China.Vol.8 NO.5.1992 6 王烜，孙涛，郝芳华，陈家军主编.环境水力学原理.北京：北京师范大 学出版社.2006
需要注意的是：
ūy 2 exp − 4Ey x 4πxūEy 2m
1、当排污量相等，同一横坐标上的点，岸边排放为中心排放的2倍； 2、岸边排放扩散区分布与中心排放一侧相似 ； 3、岸边排放横向扩展宽度相当于中心排放时的2倍； 4、岸边排放纵向浓度分布与中心排放相同，沿中心线和沿岸边分别对应沿 排放岸和沿另一岸。 2.2污染带宽度的确定 当边远点的浓度为同一断面上最大浓度的5%时，该点即可认为是污染的边 界中心排放，断面最大浓度在中心线上，岸边排放，断面最大浓度在排放岸， 实际上是横向浓度分布的计算问题。 2.3达到全断面均匀混合的距离 当同一断面上最大浓度与最小浓度之差小于5%时，即认为全断面达到均匀 混合，中心排放和岸边排放达到完全混合的距离不同。 中心排放： Lm = 0.1 岸边排放： uB2 Lm = 0.4 Ey 3 uB2 Ey
摘要
实际流动中的流体运动多是剪切流， 故其离散研究具有重要的实际意义。 从理论上讲， 该问题可用欧拉法通过对层流和紊流中的移流扩散微分方程求解，但是由于难度太大，为 简化问题常将三维剪切流简化为一维和二维流动，然后通过用断面平均参量表达一维流动 和用垂线平均参量表达二维流动来进行处理。由于天然河流的流动受自然条件影响较大， 问题较为复杂，本文将只简要分析天然河流中污染带相关计算，这部分在环境保护和环境 评测方面具有一定的意义，可以此来判定工厂或者企业排放是否达标等。
/mg·L
62 (河中 心)
0.74
0 0.74 0 1000 (左岸 边)
1.48
岸 边 排 放
0.07
0
（2）求带宽 对中心排放：
W 4 2E y
对岸边排放：
x 1000 4 2 0.0481 50.2(m) 0.611 u
5
Baidu Nhomakorabea
W 2 2E y
（3）求带长 对中心排放： Lm = 0.1 岸边排放：
Q 141 0.611(m / s ) hW 1.86 124
断面平均流速：
V
剪切流速：
u
g nV 9.81 0.025 0.611 4.31102 (m / s) 1/ 6 1/ 6 h (1.86)
按题给的河流情况, 横向混合系数取:
E y 0.6hu 0.6 1.86 4.31102 4.81102 (m2 / s)