水槽实验及数值模拟水体中污染物排放浓度场分布规律的研究

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1、学校代码：10264研究生学号：M120306638上海海洋大学硕士学位论文水槽实验及数值模拟水体中污染物排题目：放浓度场分布规律的研究StudyonPollutantConcentrationField英文题目：intheWaterBodywithFlumeExperimentandNumericalSimulation专业：环境科学与工程研究方向：河流动力学及海岸动力学姓名：王媛指导教师：顾杰教授二O一五年六月十三日上海海洋大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经明确注明和引用的内容外

2、，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海海洋大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月上海海洋大学

3、硕士学位论文答辩委员会成员名单姓名工作单位职称备注詹咏上海理工大学副教授主席印春生上海海洋大学教授委员刘浩上海海洋大学副教授委员丁俊上海海洋大学秘书答辩地点教学楼2111答辩日期2015.6.4上海海洋大学硕士学位论文水槽实验及数值模拟水体中污染物排放浓度场分布规律的研究摘要研究污染物排放到环境水体中的扩散混合特征，在工程实践中,如污水排放管和扩散器的设计、排放水域和排放方式的选择、水质预测和水资源规划及保护等都具有十分重要的指导意义和实际价值。本文首先对目前国内外的浓度测量方法进行了归纳和分析，并确定利用定量的数字图像处理技术作为本文的浓度测量方法。然后采用物理实验与数值模型模拟相结合的方法

4、，对水体中污染物排放浓度场的分布规律进行了研究。物理实验部分，重点建立了实验室里水体中污染物浓度的测量方法，此种方法较为科学准确，为实验室里水体中污染物浓度的测量提供了一种实用的方法。具体测量过程分为污染物浓度的标定和水槽实际测验两部分。在污染物浓度的标定实验中，分别在静水和动水两种状态下对污染物浓度进行了标定，并得到污染物浓度与图像灰度的关系曲线。对比两个关系曲线，分析发现污染物动水标定的实验过程在仪器布置等外界条件方面更接近实际水体中污染物排放时浓度场分布的水槽实验，所以选用动水标定的关系曲线作为计算浓度-灰度的对应关系曲线。在水槽测验中，采用不同来水流量和污染物排放流量进行了速度场和浓度

5、场分布的测验，测验结果表明：（1）在一定的污染物排放流量的情况下，随着来水流量的增加，污染物排放口附近流速方向越来越接近X轴方向，且污染物的排放对环境流场的影响也越来越小；（2）在一定的来水流量的情况下，随着污染物排放流量的增加，污染物排放口附近流速方向越来越偏离X轴方向，且污染物排放口附近的流场变化越来越明显，即环境流体受到污染物排放的影响也越大。（3）在一定的污染物排放流量的情况下，随着来水流量的增加，浓度等值线逐渐向中间收缩，且扩散宽度越来越小，同时浓度轨迹线在排放管口附近逐渐向I上海海洋大学硕士学位论文水槽左侧偏移；（4）在一定的来水流量的情况下，随着污染物排放流量的增加，浓度等值线逐

6、渐向两侧扩张，且扩散宽度越来越大，同时浓度轨迹线逐渐向水槽右侧偏移。数值模拟部分，利用MIKE3软件对水体中污染物排放的速度场和浓度场分布进行了数值模拟，并用物理实验测量的水位数据、流速数据和浓度数据对数学模型进行了验证，验证结果较好。在此基础上，用数值模型模拟了不同工况下（与物理水槽实验工况相同）水体中污染物排放的浓度场分布，模拟结果表明：（1）在一定的污染物排放流量的情况下，随着来水流量的增加，区域内速度场发生了变化，具体表现为，整体流速不断增加，污染物排放口附近的流速减小区域越来越小，流速的方向越来越接近X轴方向，而速度场的变化导致了区域内的浓度场也发生了相应的变化，即浓度不对称区域逐渐

7、减小，浓度等值线逐渐向中间收缩，且扩散宽度越来越小，同时浓度轨迹线在排放管口附近逐渐向水槽左侧偏移；（2）在一定的来水流量的情况下，随着污染物排放流量的增加，区域内速度场发生了变化，具体表现为，污染物排放口附近的流速减小区域越来越大，同时在污染物排放口附近流速的方向越来越偏离X轴方向，而速度场的变化导致了区域内的浓度场也发生了相应的变化，即浓度不对称区域逐渐增大，浓度等值线逐渐向两侧扩张，且扩散宽