流体力学——4河流扩散与混合.ppt

第四部分 污染物在河流中的扩散与混合 第四部分 污染物在河流中的扩散与混合 污染带计算的目的就是确定以下内容： 本节和下节将讨论矩形河道均匀流和不规则河道渐变流中污染带的计算方法。 对于中心排放，根据浓度纵向分布图，当无量纲纵向距离 x’= 0.1时，沿中心线的浓度（断面最大浓度）与沿岸边的浓度（断面最小浓度）接近相等，两浓度之差约为 5%。因此，可近似认为无量纲距离 x’= 0.1时相应的纵向距离 x 为断面上达到均匀混合所需的距离 Lm。 据此，对于中心排放，有 从理论上讲，根据浓度分布函数，横向扩散的范围可延 伸至无穷远，不存在所谓宽度的概念。 但从实际的角度来说，横向扩散到一定距离后，其浓度 与断面最大浓度相比小到可以忽略不计，或者说对实际所研 究的问题不发生较大的偏差时，就可以近似认为横向扩散范 围到此为止。 一般情况下，当边远点的浓度为该断面最大浓度 的5%时，该点即被认为污染带的边界点。 [例3]一河流中心设有一工业排污口。污水流量为 0.2m3/s， 污水中有害物质浓度为 100mg/L，河流水深 4m，流速 1m/s， 摩阻流速 0.06m/s，横向扩散系数 0.4hu*。假定污水排入河流 后在垂向立即混合，试估算排污口下游 400m 处污染带宽度 及断面上最大浓度。若排污口下游 400m 断面允许最大浓度 5mg/L，问排污口的排污流量可否增加，可增加多少？ 根据污染带宽度的定义，当边远点的浓度为该断面最大浓度 的5%时，该点即被认为污染带的边界点，故达到对岸即： [例4]一顺直矩形断面河段，有岸边排污口恒定连续排放 污水。已知河宽 50m，水深 2m，平均流速 0.8m/s，摩阻流 速为 0.062m/s，横向扩散系数 0.4hu*。试估算污染物分别扩 散至对岸以及达到断面均匀混合所需要的距离。 [例5]在顺直矩形明渠中做示踪实验。渠宽15m，水深2m，平均流速0.6m/s，渠中水流可近似看成是恒定一维流动。在时间 t = 0 时，纵向坐标 x = 0 的断面中心，瞬时投入 80 kg 示踪染料。在距投放点1500米下游用浓度探测器记录浓度随时间的变化过程，假定示踪剂为守恒物质，若纵向扩散系数为Dx=0.05m2/s，(1)试问记录器所测得的最大浓度Cmax为多少？(2)若记录器能测读的最小浓度值为Cmin =0.05Cmax，试问示踪云通过时间为多少？ 第四部分 污染物在河流中的扩散与混合 第四部分 污染物在河流中的扩散与混合 （2）令 x = 400m、y = 0（即河中心线上） 得下游 400m处断面上最大浓度为 按相同排污浓度，允许排污量 （3）按 400m 处允许浓度推求排污量。有害物质质量 可增大至原来的4.428/0.2 = 21.4倍。 四、到达对岸的距离 C对岸浓度 = 0.05C断面最大浓度 对于中心排放（y坐标原点取在河中心，河宽为2B）： 对于岸边排放（y坐标原点位于排放岸侧，河宽为B）： 当河宽相同时，岸边排放污染物到达对岸的距离是中心排放时的4倍。 举例2：矩形渠道，宽 ，水深 ，流速 。渠道粗糙系数 ，横向无量纲扩散系数 ，污水岸边排放，求 当 y = 0 为最大浓度（排放岸边浓度）C(x，0) ，y = B（河对岸）为对岸边线浓度。 解：（1）扩散至对岸所需距离 根据二维时间点源移流扩散公式，岸边排放浓度分布应为 坐标系的原点位于排放岸边（点源）位置。 根据污染带宽度的定义， C(x，B) = 0.05C(x，0)时的 x 值 即为污染物到达对岸水流流经的距离 LB，即 代入数据计算得： 根据污染带边界点的定义，当边远点的浓度为该断面最大浓度 的5%时，该点即被认为污染带的边界点。即当 C(x，B) = 0.05C(x，0)时，认为污染带已到达对岸， 对于岸边排放，有 （2）达到断面均匀混合的距离 显然，当 即给定断面处最大浓度出现的时刻为： 时，有 C = Cmax，即 解：按瞬时平面源一维移流扩散考虑，浓度分布为： Cmax= 0.0672 kg/m3 (67.2 ppm)； Cmin= 0.00336 kg/m3 利用浓度表达式反算时间： t1= 2436s t2= 2566s 示踪剂云团通过时间：t2-t1=130s §1 河流中的混合过程 §2 矩形河道均匀流污染带的计算 §3