【正文】 關(guān)閉的速度較慢，對(duì)水流的影響不大，而閘門(mén)的排水面積在逐漸減小，閘門(mén)是以恒定速度關(guān)閉的，則閘門(mén)在時(shí)刻的排水面積為：一小時(shí)后，水庫(kù)Ⅰ任意時(shí)刻的流量為： (2)從而可推出從事故發(fā)生到閘門(mén)關(guān)閉的兩小時(shí)內(nèi)，水庫(kù)Ⅰ的總流量為與的積分和： (3) 當(dāng)噸化學(xué)物質(zhì)排放到河水中，由于河水的沖釋、河床結(jié)構(gòu)、流速等因素的影響，在不同的河段、時(shí)刻，污染物的濃度均不相同，計(jì)算污染物的濃度是本模型的難點(diǎn)所在。70年前美國(guó)Streeter和Phelps的河流一維水質(zhì)模型，經(jīng)過(guò)后人不斷的改進(jìn)和完善，現(xiàn)已發(fā)展起適用于河流、海灣、水庫(kù)和湖泊的較完善的水質(zhì)模型，但這些水質(zhì)模型大多只適用于污染濃度控制計(jì)算。張玉清[1]對(duì)適用于污染濃度定量計(jì)算的水質(zhì)模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，建立了適用于總量控制的二維水質(zhì)模型，能滿足水污染濃度的定量計(jì)算。而干流中的污染物總質(zhì)量均經(jīng)水庫(kù)Ⅰ閘口排出，因此在此僅計(jì)算水庫(kù)Ⅰ閘口處排出的污染物總質(zhì)量即可。在參考文獻(xiàn)[1]中，建立了二維水污染濃度計(jì)算模型：方程形式 解析解 (4)為河流在橫斷面處的平均水深，為河流在橫斷面處的平均水深0VbN事故此模型可引用到小江小河江心事故性排放的濃度場(chǎng)預(yù)測(cè)，為污染物降解系數(shù)，由于從事故發(fā)生到污染物濃度場(chǎng)的預(yù)測(cè)時(shí)間較短，水環(huán)境對(duì)污染物的降解作用不明顯，故水庫(kù)各點(diǎn)的污染物濃度變化是連續(xù)的，由上圖所示的水庫(kù)事故發(fā)生后，各點(diǎn)的數(shù)據(jù)情況可得，在時(shí)刻經(jīng)過(guò)水庫(kù)閘門(mén)處這一橫斷面的污染物濃度為從點(diǎn)到點(diǎn)的積分：污染物質(zhì)量＝水庫(kù)流量污染物濃度由上式可得在時(shí)刻閘門(mén)處的污染物質(zhì)量為：前一小時(shí)： (5)后一小時(shí)： (6)為污染物從排放到水中到水庫(kù)Ⅰ閘口處開(kāi)始有污染物的時(shí)間 ： 發(fā)生大面積污染的可能性 (7)若水庫(kù)Ⅱ在晚上9：00－12：00排放該化學(xué)物質(zhì)，此時(shí)干流發(fā)生大面積污染的可能性又如何呢？事故在晚上10：00發(fā)生，到水庫(kù)Ⅰ閘門(mén)完全關(guān)閉是晚上12：00，在此過(guò)程中，水庫(kù)Ⅱ從9：00開(kāi)始排污，討論干流發(fā)生大面積污染的時(shí)間應(yīng)改為9：00－12：00，若在這3小時(shí)內(nèi)，兩水庫(kù)排放到干流的污染物質(zhì)量達(dá)到噸，則該干流發(fā)生大面積污染。水庫(kù)Ⅱ?qū)儆谖廴疚锇哆咟c(diǎn)源連續(xù)排放，根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中建立的適用于小河岸邊點(diǎn)源連續(xù)排放濃度場(chǎng)模型為：方程形式 (8)解析解 (9)在3小時(shí)內(nèi)，由于環(huán)境的降解作用不明顯，故值為0水庫(kù)Ⅱ并沒(méi)有關(guān)閘，其流速恒定不變，：則水庫(kù)Ⅱ排放到干流的污染物質(zhì)量為： (10)水庫(kù)Ⅱ的排污時(shí)間是從9：00開(kāi)始，所以對(duì)干流的影響時(shí)間為3小時(shí)，在此情況下干流中的污染物總質(zhì)量為水庫(kù)Ⅰ與水庫(kù)Ⅱ的排污量的總和，干流發(fā)生大面積污染的可能性為：發(fā)生大面積污染的可能性如果兩水庫(kù)間有一條人工水渠相連接，水庫(kù)間的水流能夠相互影響，上述結(jié)果是否會(huì)改變？當(dāng)兩水庫(kù)間有水渠相連，根據(jù)擴(kuò)散原理，分子必定會(huì)從濃度高的水庫(kù)向濃度低的水庫(kù)擴(kuò)散，這樣一部分的污染物將擴(kuò)散到水庫(kù)Ⅱ中，再經(jīng)過(guò)水庫(kù)Ⅱ沖釋到干流中，一方面水庫(kù)Ⅰ排放到干流中的污染物將減少，而另一方面雖然經(jīng)水渠排放到水庫(kù)Ⅱ中的污染物最終也會(huì)排放到干流中，但經(jīng)過(guò)此過(guò)程，污染物排放到干流的濃度和時(shí)間都會(huì)減緩。水庫(kù)Ⅰ水庫(kù)Ⅱ排污口水渠干流相對(duì)于水庫(kù)來(lái)說(shuō)，水渠的寬度很窄，水流的穩(wěn)定性較高，水渠內(nèi)各點(diǎn)的濃度差不明顯，當(dāng)污染物通過(guò)水渠擴(kuò)散到水庫(kù)Ⅱ后，水渠內(nèi)各點(diǎn)的濃度是相同的，等于水渠在水庫(kù)Ⅰ的入口處的濃度。兩水庫(kù)及干流的情況如下圖所示： 根據(jù)二維水污染濃度模型，由(4)式得，水渠入口處的污染物濃度為： (11)由水渠相連的兩個(gè)水庫(kù)，結(jié)構(gòu)原理與連通型管類(lèi)似，在水渠的作用下，兩水庫(kù)的水流會(huì)達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)，假設(shè)在水庫(kù)Ⅰ沒(méi)有關(guān)閘時(shí)，兩水庫(kù)及水渠的流速相同，為，當(dāng)閘門(mén)開(kāi)始關(guān)閉時(shí)，水位開(kāi)始升高，根據(jù)型管的原理，此時(shí)水庫(kù)Ⅰ總流量的變化值將有通過(guò)水渠排放到水庫(kù)Ⅱ，以達(dá)到兩水庫(kù)平衡，則水庫(kù)Ⅰ在沒(méi)有水渠的情況下時(shí)刻流量的變化值為：在有水渠的情況下，將有的流量變化值排放到水庫(kù)Ⅱ，則水渠在時(shí)刻的流量為：水庫(kù)Ⅰ在兩小時(shí)內(nèi)排放到干流的污染物質(zhì)量計(jì)算如下:前一小時(shí) (12)后一小時(shí) (13)由于水壩的作用，且根據(jù)型管原理，水庫(kù)Ⅱ的水位雖然升高了，但水流在水壩的作用下，水流變化不明顯，此時(shí)水渠對(duì)于水庫(kù)Ⅱ來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于一個(gè)排污口，根據(jù)點(diǎn)源排放濃度場(chǎng)模型，它對(duì)水庫(kù)Ⅱ閘口處的濃度貢獻(xiàn)值為： (14)水庫(kù)Ⅱ的污染物濃度值為排污口與水渠兩者的疊加，但排污口對(duì)干流的作用時(shí)間為3小時(shí)，而水渠對(duì)干流的作用時(shí)間為2小時(shí)，水庫(kù)Ⅱ排放到干流的污染物質(zhì)量計(jì)算如下： (15)此時(shí)，干流發(fā)生大面積污染的可能性 針對(duì)第三種情況，要在短時(shí)間內(nèi)控制污染物，則水庫(kù)Ⅱ也必須關(guān)閉，以防止過(guò)多的污染物排放到干流中，根據(jù)題意，水庫(kù)Ⅰ要在事故發(fā)生1小時(shí)后才被通知關(guān)閉閘門(mén)，那么水庫(kù)Ⅱ和水庫(kù)Ⅰ的情況相同，也要在事故發(fā)生后1小時(shí)才開(kāi)始關(guān)閉閘門(mén)，假設(shè)兩水庫(kù)閘門(mén)關(guān)閉的情況相同，閘門(mén)關(guān)閉的速率同為，水庫(kù)Ⅰ向干流排放的污染物情況不變，仍用(12)、(13)式計(jì)算，水庫(kù)Ⅱ在事故后1小時(shí)關(guān)閉，即9：00－10：00時(shí)段只有一個(gè)排污口排放污染物，10：00－11：00時(shí)段有排污口和水渠排放污染物，閘門(mén)沒(méi)開(kāi)始關(guān)閉，11：00－12：00有兩個(gè)排污處，但閘門(mén)以開(kāi)始慢慢關(guān)閉。在二維水污染濃度計(jì)算模型和點(diǎn)源連續(xù)排放濃度場(chǎng)模型中，由于時(shí)間較短，水環(huán)境的降解作用不明顯，故降解系數(shù)，但是我們?cè)诳刂莆廴疚锏倪^(guò)程中，可以通過(guò)加入一些針對(duì)該種污染物的降解物質(zhì)，使降解系數(shù)增大，從而降低污染物對(duì)干流造成大面積的污染。例如：若此污染物為油質(zhì)性污染物，則可往水庫(kù)中拋入稻草、布碎，這兩種物質(zhì)對(duì)油質(zhì)性污染物有很高的吸附能力，能夠有效地降低污染。對(duì)水庫(kù)Ⅱ的污染物計(jì)算模型如下：9：00－10：00時(shí)段 (16)10：00－11：00時(shí)段 (17)11：00－12：00時(shí)段閘門(mén)勻速關(guān)閉，水流量改變 (18) (19)在(16)、(17)、(19)式中 排放到干流的污染物總量通過(guò)控制污染模型，在兩水庫(kù)的閘門(mén)開(kāi)始關(guān)閉后，干流污染物的質(zhì)量將比無(wú)控制污染時(shí)減少，對(duì)模型中的變量進(jìn)行賦值，作圖象(1)，對(duì)比控制污染前后，干流污染物的總質(zhì)量變化情況如下：圖(1)由圖(1)可以看出，污染控制模型對(duì)排放到干流的污染物質(zhì)量有明顯的減弱作用，可見(jiàn)措施的有效性，根據(jù)此結(jié)果，可運(yùn)用到實(shí)際生活中，詳見(jiàn)模型的推廣。 該化學(xué)物質(zhì)揮發(fā)的速率是恒定的，二維水污染濃度模型可改寫(xiě)為： (20)被排放到干流中的污染物的總質(zhì)量計(jì)算方法仍按(5)、(6)式計(jì)算，只需將(20)式代入到(5)、(6)中即可對(duì)于水庫(kù)Ⅱ點(diǎn)源連續(xù)排放濃度場(chǎng)模型，由于該化學(xué)物質(zhì)具有揮發(fā)