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浑水水质模型研究及其在三峡库区岸边水质模拟中的应用

申满斌  
【摘要】:以分析天然实测资料为基础,推导出具有一定含沙量的浑水中污染物的输移扩散方程,建立了反映泥沙环境作用机理和过程的三维浑水水质数学模型。对室内试验和原型观测的实例进行数值模拟,结果表明,浑水水质模型适合于模拟浑水中污染物的输移扩散。在此基础上将浑水水质模型应用于三峡库区万州江段的岸边水质模拟中,对三峡水库建库前后的岸边水质变化情况进行了分析,并讨论了泥沙对污染物输移扩散特性的影响。 以三峡库区清溪场和万州两个水质断面实测资料为基础,研究了三峡库区水体中泥沙对总磷的吸附关系,并得到了泥沙对总磷的吸附等温式,用于浑水水质模型中泥沙上总磷吸附量的计算。研究结论表明:总磷在泥沙上的吸附关系符合Langmuir吸附等温式,并且随着泥沙浓度、粒径级配的不同,吸附等温式中的系数也不相同,这与室内吸附实验的结果相符。 考虑泥沙对水体中污染物的吸附作用以及泥沙运动影响污染物的输移扩散特性,建立了三维浑水水质模型。通过对明渠侧向排放和涪陵江段岸边排污水流水质模拟结果的分析,验证了模型的有效性,讨论了泥沙冲淤的影响。当泥沙运动为冲刷时,吸附在泥沙上的污染物会随着泥沙向水面运动;当泥沙运动为淤积时,吸附在泥沙上的污染物会随着泥沙向床面运动,从而会影响到污染物浓度沿水深方向的分布。与传统的清水水质模型相比,浑水水质模型考虑的影响因素更全面,计算得到的污染物浓度分布更接近实际情况。如果泥沙的冲淤明显,浑水水质模型和清水水质模型的计算结果会有明显差别,应用浑水水质模型进行模拟更能反映实际水体中污染物的输移扩散特性。 将浑水水质模型应用于三峡库区万州江段龙宝河排污口附近总磷浓度场的模拟,模拟结果表明:三峡水库蓄水后,过流断面加大,水体流速减缓,库区江段的岸边水质将变差,其中以枯水期岸边水质的变化幅度最大。论文对比分析了三峡建库前后泥沙冲淤对岸边水质的影响,在建库蓄水初期,泥沙运动表现为淤积,吸附在泥沙上的污染物也将在床面淤积,表层水体中污染物浓度有降低的趋势。


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