浅水湖泊含泥沙影响的水质模型研究

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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 、 沙和 污染 物耦 合方程 中出现 泥 底泥 影响项 与方 程本 身 的物理 机制不 相符 。 为解决 这 个 问 题 ， 以水 体 中 的 污染 物 浓 度 （ 括 包
吴 宏 旭 ， 文 谨 朱
（． １ 河海 大 学 港 口海 岸 与近 海 工程 学 院 ， 苏 南 京 ２ ０ ９ ； ２ 淮 海 工 学 院 土 木 学 院 ， 苏 连 云 港 ２ ２ ０ ） 江 １０ ８ ． 江 ２０ ５
摘 要 ： 水体 中 的 污 染 物 浓度 （ 以 包括 液 相 和 固相 ） 对 象 ， 据 对 流 扩 散 过 程 和 紊 动 力 学 原 理 ， 理 论 上 导 出 为 根 从 了三 维 水 流 、 沙和 污 染物 耦 合 作 用 的 方 程 ； 泥 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 水 质 方 程 。 以 江 苏省 苏 州 市 澄 湖 为例 ， 澄 湖 有 底 泥 、 对 无底 泥 时水 质 进 行 了计
第４ １卷 第 ９期 ２ ０ １０ 年 ５ 月 文 章 编 号 ：０ １—４１９（ ０１ Ｏ １０ ７ ２ ０） ９—０ ７ ０ ７—０ ５
人 民 长 江
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Ｖｏ ． １ ４１． Ｎｏ． ９ Ｍａ ｙ， ２ ０ ０１
浅 水湖 泊含 泥沙 影 响 的 水 质模 型 研 究
ห้องสมุดไป่ตู้
算 。 结 果 表 明 ， 内 源 污 染 的 水质 方程 的 计 算 结 果 与 实测 值 吻合 更 好 ， 也 证 实 了含 底 泥 影 响 的 浅 水 湖 泊 二 含 这
维 水 质 模 型 的 有 效 性 和 实 用性 。
关 键 词 ： 泥 ；污 染 物 ；水质 方程 ；耦 合 ；澄 湖 底 中 图 法 分 类 号 ：Ｘ１ １ ７ 文 献标 志码 ：Ａ
推导 可 以得到水 质 方程 ：
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淤必 然转 移污染 物质 ， 对 流扩 散 过 程 中以源 汇 形 式 在 加入 底泥 冲淤 对 污染 物 的影 响 ¨ 。此 类 方 法 存 在 的 问题 是三维 物质 输运 方 程 是 局 部方 程 ， 用 于水 体 的 适
任 何 部 分 。 水 流 只 有 在 底 部 水 体 才 会 直 接 和 底 泥 产 生
澄湖 为例 ， 得到 的二 维水质 方 程进行 计算 ， 果说 明 用 结 文 中导 出的方 程是 有效 的 。
１ 泥 沙 水 质 耦 合 方 程
设 水 体 中 的 污 染 物 浓 度 为 ｓ 包 括 溶 解 在 水 中 的 （ 水 相 污 染 物 浓 度 ｓ 吸 附 在 泥 沙 上 污 染 物 浓 度 Ｓ） 水 和 ，
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度首 先必 须 借 助 泥 沙 守 恒 方 程 明确 各 时刻 的 泥 沙 浓
由于泥沙 是湖 泊生 态 系统 重 要 影 响 因子 ， 水 中 是 污染 物 的储 备 器和来 源 之 一 ， 以在 浅 水 湖 泊水 质 研 所 究 中具有 重要地 位 。 。 国内外对 含底 泥影 响的 浅水 湖泊 水质研 究 的焦点 主要 是在 物质 守恒 和对 流扩 散原 理 的基础 上进 行 理 论 和求 解 方 法 等 方 面 的研 究 。 由于一些 概念 性 的问题 还 存 在 着 较 多 争议 ， 出现 了多
体 中泥沙 浓度 为 ｃ 泥 沙 吸附污 染 物 的系数 为 ｋ （ 位 ， 。单 质量 的悬 移质 的污 染物 吸 附量 ） 综 合 降解 系 数 为 ｋ ； ； ：
泥 沙 和 污 染 物 在 垂 直 方 向 上 除 了 以 水 流 的垂 向 速 度 输
运外 还包 括 吸附在 泥沙 上 的污染 物 因泥沙 的重 力作用 产生 的沉 降过 程 （ ． ｔ 。 照 三 维悬 沙 运 动 方 程 的 一ｋＯ ） 参 Ａ ２
液相 和 固相 ） 对 象 ， 据 对 流 扩 散 过 程 和紊 动 力 学 为 依
原理 ， 理论 上 导出 了三维 水流 、 从 泥沙 和 污染物耦 合 作 用 的方程 ， 程 的底边 界 条 件 采 用 泥 沙理 论 进 行 分 析 方
和处理 ， 给 出了含 有 底 泥影 响 的二 维 水 质方 程 。 以 也
种形 式 的水流 、 污染 物和 泥沙耦 合 方程 ， 尤其 三维 泥沙
水质 方程 的形 式更是 多样 。泥 沙 和污染 物耦 合计 算 中 采用 较多 的方 法是 只考 虑 污 染 物 的 液相 浓 度 ， 泥 沙 而
吸 附 和 解 吸 的 污 染 物 质 必 然 对 液 相 构 成 影 响 、 泥 冲 底
收 稿 日期 ：０ ９—１ ２０ ２—１ ０
物 理意 义 为 ： 沙 的沉 降 引起 水 体 中污 染 物 浓度 的减 泥
少 。 同时 ， （ ）也 说 明了要 确定水 体 中 的污染 物浓 式 １
作 者 简 介 ： 宏 旭 ， ， 级 工 程 师 ， 士 研 究 生 ， 要 从 事 水 资 源 调 查 评 价 及 水 流 数 值 模 拟 工 作 。Ｅ—ｍ ｉ ｗ ｈ ｎｘ＠ ｔｍ ＣＢ 吴 男 高 博 主 ａ ： ｕ ｏｇｕ ｏ ．Ｏ ｌ
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式 中 ， 为时 间 ； ｔ ｕ 分别 为水 流 、 、 方 向的速 度分 Ｙ 量 ； 为沉 降速度 ； 、 、 为 脉动 扩散 系数 ； 时刻 ｏ Ｊ ８ ｓ ｓ 各 的泥沙 浓度 。 由泥沙 运 动方程 求解 得 到 。 Ｏ ｌ ｃ 可 一＿ 的 ｋｏ ｏ