山地城市次级河流滞留区喷泉复氧试验研究

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1、山地城市次级河流滞留区喷泉复氧试验研究重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：李珅指导教师：柴宏祥教授兼职导师：唐世田高级工程师学位类别：工程硕士（建筑与土木工程领域）重庆大学城市建设与环境工程学院二O一五年五月ExperimentalStudyonFountainReoxygenationofSecondaryRiverinMountainousCityStagnantZoneAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementforth

2、eProfessionalDegreeByLiShenSupervisedbyProf.ChaiHongxiangPluraliticSupervisedbySeniorEng.TangShitianSpecialty:ME(MunicipalEngineeringField)CollegeofUrbanConstructionandEnvironmentalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要山地城市河流由于其特殊的地理条件，在河道弯道处和人工大

3、坝之间形成了天然的或人工的河道滞留区，滞留区内水体流速缓慢且停留时间较长，导致水体溶解氧被消耗，污染物累积，富营养化时有发生。传统人工增氧设备多用于湖泊，且需要安装在水体中间，若用于河道，将对河道行洪、通航造成影响。该研究以改善河道滞留区复氧为目的，利用CFD软件对位于重庆市大渡口区的伏牛溪天然、人工滞留区水体二维流动分别进行了模拟，在模拟结果的基础上设计了一套采用直线型双配管方式的人工复氧喷泉，喷泉长20m，采用4个浮箱3作为浮体并固定在河道边，喷泉依靠两台流量为100m/h，扬程12m，功率5.5Kw的潜水泵作为动力，两条横管上每

4、隔50cm设置一个万向直流喷头，一条横管上喷头采用水平安装，另一条采用垂直安装。该研究在实地调查与软件模拟的基础上对喷泉复氧技术进行了示范性研究，得出主要结论如下：①伏牛溪典型滞留区水质现状调查，结果表明：上游氨氮含量均值1.50mg/L为V类水体，CODMn含量均值6.56mg/L为IV类水体，TN、TP含量均值分别为6.14mg/L、0.43mg/L均为劣V类水体，叶绿素a含量为27.17μg/、DO含量5.75mg/L。中游氨氮含量均值1.37mg/L为IV类水体，CODMn含量均值5.99mg/L为III类水体，TN、TP含量

5、均值分别为5.53mg/L、0.59mg/L均为劣V类水体，叶绿素a含量为29.71μg/、DO含量7.63mg/L。下游氨氮含量均值3.28mg/L为劣V类水体，CODMn含量均值7.99mg/L为IV类水体，TN、TP含量均值分别为7.22mg/L、0.47mg/L均为劣V类水体，叶绿素a含量为57.76μg/、DO含量8.73mg/L。伏牛溪中游水质与上、下游相比较好。整个伏牛溪流域溶解氧含量较高。枯水期、平水期和丰水期三个时期污染物质浓度差异不大，表明降雨对伏牛溪水质影响不大，平水期水体透明度较好，均值为0.77m。②伏牛溪滞

6、留区水动力现状模拟，结果表明：在伏牛溪中游弯道处，会形成天然滞留区，滞留区总体流速较低，低流速区主要存在于天然河道的弯道迎向来流的一侧，整个流场区域中漩涡形成不明显，流场整体流向与伏牛溪整体走向相同，水体滞留时间适中；在伏牛溪下游铁路桥处，由于两座人工大坝作用，形成了明显的人工滞留区，人工滞留区中整体流向不明显，在滞留区中部，由于铁路桥桥墩的作用，在桥墩之后形成了两大低流速漩涡，在漩涡的作用下，水体滞留时间明显延长。结合水质现状调查，将喷泉复氧安装位置确定为伏牛溪下游铁路桥滞留区段。I重庆大学硕士学位论文④伏牛溪铁路桥滞留区喷泉水动力

7、改善模拟，结果表明：两种喷泉安装方式流场流速区间为[0.005m/s~2.33m/s]、[0.05m/s~2.51m/s]，在两种安装方式下均能破坏人工构筑物后形成的低速漩涡。但是喷泉喷流方向与来流方向相对使，无论喷泉流速大小如何，均会在其他区域形成新的漩涡，同时形成新的滞留区，这时不利于滞留区水体流出流场；而喷泉喷流与来流方向垂直时，原先存在的低速滞留区漩涡被破坏，同时高喷速工况（2m/s）下，滞留区水体流动被明显加快，有利于滞留区水体排出整个流场。⑤铁路桥滞留区喷泉复氧单因素实验研究，结果表明：垂直喷头对附近水体混合效果较好，在喷

8、泉运行4h过后，近处（半径1m）水体溶解氧提高7.11%，远处（半径20m）水体溶解氧提高0.81%；水平喷头对远处水体混合效果较好，在喷泉运行4h过后，近处（半径1m）水体溶解氧提高3.84%，远处（半径20m）水体溶