水库突发性污染事故水质影响过程分析.pdf

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1、第33卷第10期长江科学院院报Vol.33No.102016年10月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteOct.2016doi：10.11988/ckyyb.201407462016,33(10)：12-17,23水库突发性污染事故水质影响过程分析张琳、孙娟2,翟家佳3,颜芬芬3,张奕3(1.长江科学院河流研究所，武汉430010;2.南京大学金陵学院，南京210089;3.河海大学环境学院，南京210098)摘要:为了有效地控制突发性水污染事故带来的危害，以东北某大型水库为典型研究案例,综合考虑水库水文、气象条件和污染物迁移特

2、征，拟定典型工况,基于已建立的三维水动力和水质耦合模型，模拟分析突发性污染事故发生后库区污染物三维空间分布及随时间变化的特征。结果表明：受人库流量和全年主导风向东北风的影响，总体上污染物随着水流沿西南岸线向坝址方向扩散，且污染物的超标面积逐渐增大;但随着流程的增加，污染物的浓度逐渐减小。通过对水库水质的数值模拟，定量掌握了水库水质实时状态以及污染物空间分布，可以为有关部门制定与实施应急预案提供相关的技术依据。关键词：突发性水污染事故;水质;水库;污染物三维空间分布;三维数值模拟中图分类号:X24文献标志码:A文章编号=1001-5485(2016)10-0012-06dp=~Pg⑵dz1

3、研究背景dudududu---hU---hV---hW--近年来，突发性水污染事故在我国重点流域频dtdxdydz繁发生，由于其发生的不确定性、处理处置的艰巨1dpd(du/..ddu性、水污染信息的不完整性与不可比性等特点，往往JVx+Yz(v^j+YA^dx]对水环境安全造成重大威胁[1]。为了预防和控制'dudv⑶潜在的水环境风险，准确预测水体中污染物的迁移dy,dydx)和扩散情况非常必要[M]。dvdvdvdv—+u—+v—+w—+fu随着水质模型研究的深人，国际上已经有很多dtdxdydz成熟的水质模型软件[4]，然而这些模型输人参数dvddv+多，分析工作量大，对

4、于突发性水污染事故风险预测pdydz)办、dy!难度较大。本文针对大中型水库水动力及污染物迁fdu⑷移扩散特征，采用以N-S方程为基础的紊流运动方,dy程和物质输运方程建立三维水动力[5]和水质耦合式中:分另lj为坐标x，y，z方向上的流速分量;t模型[M]，能够快速获取数据，快速模拟污染团的迁为时间坐标；p为水体密度;P为压强;/为柯氏力系移轨迹和空间分布[8]，实时预报校正，为有关部门数，/=2nsin

5、s2l2^2S^S：八为垂向涡黏系数。技术支撑作用。2.2三维水质数学模型笛卡尔坐标系下污染物三维输运方程为2三维水动力模型数学描述dCduCdvCdwCd/dC------1----------1----------1--------=—(DkI+2.1三维水动力数学模型dtdxdydzdx)笛卡尔坐标系下描述水库三维水流运动的控制KCO(5)方程组[9_1°]如下：dudvdw^式中：C为污染物浓度;K为污染物衰减系数;久为—+—+—=0(i)dxdjdz垂向扩散系数;队为水平扩散系数。收稿日期:2014-08-26;修回日期:2015-10-20作者简介:张琳（1娜-),女，福建

6、三明人，工程师，硕士，主要从事环境水力学研究，（电话）1534278811〇(电子信箱）zlinCandy@l63.COm。第10期张琳等水库突发性污染事故水质影响过程分析13析解的对比见图2a经统计，数值解与解析解的绝对误差范围为-0.005〜0.015m/s，相对误差范围为3三维水动力及水质模型验证-9.59%〜14.72%，模型较好地模拟了矩形水槽风生3.1水动力数值模拟验证环流水平流速的垂向分布。3.1.1明渠恒定流垂向流速分布流速/(m.s-1)>0.076选用指数律流速分布经验公式[111来验证数值模0.072-0.0760.068〜0.0720.064-0.068拟的结果。

7、设计试验明渠长5000m，宽600m，水深0.060〜0.0640.056〜0.06010m，东、西边界分别为上、下游边界e将水体流动稳0.052-0.0560.048〜0.0520.040〜0.048定后的中心断面模拟结果与根据垂向流速指数律分茶-60.036-0.0400.032〜0.0360.028-0.032-8布公式计算的结果对比进行模型验证，结果见图込0.024〜0.0280.020-0.024<0.020经统计，数值解