【正文】 (10) X=80m (35) X=80m (70) X=80m。在前40m直河道中，當(dāng)污染物進(jìn)入河道之后，因?yàn)槠涿芏缺人?，?dāng)受到重力作用時(shí)，會(huì)在向下游流動(dòng)的過(guò)程中顯示出坍塌狀地由中央向兩邊底部擴(kuò)散，在繼續(xù)向下游流動(dòng)的過(guò)程中，污染物顯示出濃度更加向中間集中；當(dāng)污染物進(jìn)入第一個(gè)彎道處后（），在10度彎道處，由于彎曲度較小，污染物在整個(gè)河道底部分布比較均勻；而在35度和70度彎道處，因?yàn)閺澋捞幜魉僮兓^大，污染物濃度在河道外沿濃度較高：在流入到第二個(gè)彎道后，污染物濃度在靠近河道內(nèi)沿濃度較高，而到第三個(gè)彎道處時(shí)，河道外沿的濃度又比較高。在繼續(xù)往下游流動(dòng)過(guò)程中，污染物和水流慢慢混合，直到密度達(dá)到混合的均勻的狀態(tài)。在河道斷面觀察的污染物分布情況只能顯示污染物在重力作用下的分布情況，要觀察污染物在河道彎曲處的分布情況則需要在Y軸方向也切剖面進(jìn)行觀察。在Y方向上選取Y=0m,。污染物的擴(kuò)散變化圖如下所示。 (10) Y=0m (35) Y=0m (70) Y=0m (10) Y=0. 3m (35) Y=0. 3m (70) Y=0. 3m (10) Y= (35) Y= (70) Y=。當(dāng)污染物進(jìn)入河道之后，因?yàn)槠涿芏缺人?，?dāng)受到重力作用時(shí)，會(huì)在向下游流動(dòng)的過(guò)程中顯示出坍塌狀地由中央向兩邊底部擴(kuò)散，在繼續(xù)向下游流動(dòng)的過(guò)程中，污染物顯示出濃度更加向中間集中。當(dāng)?shù)竭_(dá)河道彎曲處時(shí)，在10度彎曲河道中，污染物由河底慢慢擴(kuò)散到河流表面，在彎道處污染物分布比較均勻；在35和70度彎曲河道中，在河道彎曲處，污染物集中聚集在河道的一側(cè)，在河道中水流濃度分界比較明顯。 三種彎曲度河道的轉(zhuǎn)彎處在X方向分別在X=60m，80m和100m處，在彎道處會(huì)發(fā)生水流速度的突變，在彎道處會(huì)產(chǎn)生死水或回水區(qū)，這也會(huì)影響污染物在河流彎道處的分布情況。以下比較三個(gè)不同彎曲度的河流在河道轉(zhuǎn)彎處的斷面水流矢量圖如下所示。 (10) 10度彎曲河道第一個(gè)彎道處X=60m (35) 35度彎曲河道第一個(gè)彎道處X=60m6結(jié)論及分析 (70) 35度彎曲河道第一個(gè)彎道處X=60m (10) 10度彎曲河道第二個(gè)彎道處X=80m (35) 35度彎曲河道第二個(gè)彎道處X=80m (70) 70度彎曲河道第二個(gè)彎道處X=80m (10) 10度彎曲河道第三個(gè)彎道處X=100m (35) 35度彎曲河道第三個(gè)彎道處X=100m (70) 70度彎曲河道第三個(gè)彎道處X=100m 從三個(gè)河道轉(zhuǎn)彎處斷面的速度矢量圖可以清楚地看出水流速度在彎道處變化。當(dāng)彎道比較大時(shí)，會(huì)清楚地看出在彎道處有回水的情況出現(xiàn)，這一區(qū)域會(huì)阻礙水流的流通速度，這對(duì)污染物在彎道處的分布會(huì)有很大影響。 6 污染物模擬結(jié)果分析比較 本課題是在基于不可壓縮流體的RANS方程和湍流kε模型建立的關(guān)于河道彎曲度對(duì)污染物分布影響的二維和三維的模擬，通過(guò)模擬效果圖我們可以清晰的看到河道不同的彎曲度對(duì)污染物的分布有著很大的影響。由于河道的彎曲會(huì)帶來(lái)水流速度的變化，污染物的擴(kuò)散速率會(huì)在往下游流動(dòng)的過(guò)程中隨著流速的變化而發(fā)生變化。 河道彎曲度也會(huì)對(duì)污染物的分布產(chǎn)生影響。由二維速度模擬圖中可以清晰地看見(jiàn)污染物在河道轉(zhuǎn)彎處的速度的變化。在河道轉(zhuǎn)彎處的一邊，速度會(huì)因河道的彎曲而變大，而在它的對(duì)岸，水流速度會(huì)變小，同時(shí)產(chǎn)生回水區(qū)或死水區(qū)，污染物會(huì)先向水流速度較小的一側(cè)慢慢聚集，在第二個(gè)彎道處又在流速大的一側(cè)聚集，到下一個(gè)彎道處又在水流速度較小的一側(cè)慢慢聚集。這可以從污染物的三維模擬的河道彎曲處的剖面圖可以清楚地看見(jiàn)。同時(shí)在三維模擬中因?yàn)橛兄亓ψ饔?，污染物還會(huì)在往下游流動(dòng)的過(guò)程中，顯示出坍塌狀地由中央向兩邊的底部擴(kuò)散，而在繼續(xù)向下游流動(dòng)的過(guò)程中，污染物又會(huì)顯示出濃度向河道的中間集中，而這些變化出現(xiàn)在前40m的直河道中。在彎曲處，污染物會(huì)沿著速度較小的一邊流動(dòng)，即在河道的外側(cè)分布較多，在此處污染物的濃度較大?；诓豢蓧嚎s流體的RANS方程和湍流kε模型建立的關(guān)于污染物的二維和三維數(shù)學(xué)模型可以有效地模擬污染物在河道中的擴(kuò)散情況以及在彎曲河道的分布情況。(1)在二維河道的速度模擬中，我們可以很清楚看出河道的彎曲度對(duì)水流速度的影響。河道的彎曲度越大，在河道彎曲處內(nèi)側(cè)的水流速度越大，。(2)河道的彎曲度也會(huì)影響污染物的擴(kuò)散和混合的速度。河道的彎曲度越大，污染物的擴(kuò)散和混合的速度就越快。在二維模擬中我們可以看到這一明顯的變化過(guò)程。在10度彎曲河道中，由于河流彎曲度較小，水流速度變化較小，污染物會(huì)以一個(gè)較為穩(wěn)定的速度往下游流去，擴(kuò)散速度也比較慢 ，最終在模擬河道的出口處還未完全擴(kuò)散開(kāi)來(lái)。當(dāng)河道彎曲度為35度時(shí)，由于在河道彎曲處水流速度變化明顯，污染物會(huì)沿著水流速度較大的一邊往下游流去，擴(kuò)散速度也隨水流速度的增大而加快。最終在模擬河道的出口之前就完全擴(kuò)散開(kāi)來(lái)。當(dāng)河流彎曲度取70度時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)污染物擴(kuò)散的速度更為明顯。因?yàn)樵诤拥擂D(zhuǎn)彎處水流速度變化更大，最終污染物在進(jìn)入第二個(gè)河流彎道之前就已經(jīng)完全擴(kuò)散開(kāi)來(lái)。(3)在三維模擬的河道剖面結(jié)果圖中，我們可以看到污染物的各種分布情況。污染物還會(huì)在往下游流動(dòng)的過(guò)程中，顯示出坍塌狀地由中央向兩邊的底部擴(kuò)散，而在繼續(xù)向下游流動(dòng)的過(guò)程中，污染物又會(huì)顯示出濃度向河道的中間集中，而這些變化出現(xiàn)在前40m的直河道中，這在三種河道彎曲度的河流中基本上差不多。而當(dāng)污染物進(jìn)入彎道之后，河道的不同彎曲度對(duì)污染物的分布的影響會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。在10度彎曲河道中，當(dāng)污染物到達(dá)河道彎曲處時(shí)，由于水流速度的變化，污染物濃度會(huì)向流速小的一邊聚集，但由于河道彎曲度不大，這一現(xiàn)象也不是很明顯。而在35度彎曲河道中，在彎道處有明顯的回水區(qū)或死水區(qū)，當(dāng)污染物到達(dá)第一個(gè)河道彎曲處時(shí)，污染物因密度較大，而被推倒流速較小的一側(cè)；當(dāng)往下流到第二彎道時(shí)，污染物會(huì)被自己所在一側(cè)污染物突然變大的流速?zèng)_擊擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，使得流速大的一側(cè)濃度較大；當(dāng)進(jìn)入第三個(gè)彎道后情形和第一個(gè)彎道基本相同。會(huì)比較明顯的向流速較小的一邊聚集，即河道內(nèi)側(cè)，使得流速小的一邊的污染物濃度較大。當(dāng)河道彎曲度達(dá)到70度時(shí)，當(dāng)污染物到達(dá)河道彎曲處時(shí)，這一現(xiàn)象會(huì)更加明顯。(4)由于三維比二維更接近實(shí)際，它的模擬也更加真實(shí)，但同時(shí)也更加復(fù)雜。三維模擬要考慮重力作用的影響，這時(shí)二維模擬所不具備的。但對(duì)三維網(wǎng)格的建立難度比二維大很多。7 結(jié)論和展望由上述二維和三維的模擬結(jié)果可知，河道彎曲度對(duì)污染物在河道內(nèi)的分布主要取決于流速和重力作用的影響。流速的改變主要出現(xiàn)在河道的彎曲處，這時(shí)會(huì)在彎道處出現(xiàn)回流區(qū)和死水區(qū)，它會(huì)阻礙密度較大的污染物的流動(dòng)，使得這一側(cè)污染物濃度較大。而這一影響會(huì)隨著彎曲度的增加而更加明顯。而在污染物隨著水流往下游流動(dòng)的過(guò)程中，重力作用也會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。由于污染物的密度比水要大，這使得污染物在流動(dòng)的過(guò)程中往河底沉降下來(lái)，繼而在河道底部形成以河道中心線為對(duì)稱軸的坍塌回聚式震蕩，這一現(xiàn)象主要出現(xiàn)在河道直的部分。由于三維模擬要考慮很多因素的影響，而本次模擬的三維流速特征效果不是很理想，還有更多需要改進(jìn)的地方。流速對(duì)污染物擴(kuò)散的影響也很大，本次模擬雖然涉及到流速變化，但具體如何影響還是值得去更加深入的了解和研究。當(dāng)我們了解了污染物在彎曲河道內(nèi)的上述遷移分布特征，對(duì)于我們針對(duì)突發(fā)性污染物排放事件有準(zhǔn)備地及時(shí)采取科學(xué)措施，節(jié)約成本，提高效率有一定的參考作用和價(jià)值。參考文獻(xiàn)【1】黃河清，王瑋，錢(qián)伶琤。湖泊及流域污染物遷移的三維數(shù)值計(jì)算模擬。第十三屆世界湖泊大會(huì)，2009，中國(guó)武漢。【2】【3】向軍，逄勇，王華. 柳江柳州段水環(huán)境數(shù)學(xué)模擬及水質(zhì)可達(dá)性研究. 人民長(zhǎng)江. 39(15), pp. 3032, Aug., 2008.【4】, 　陳　眾, 　武　君(合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,安徽合肥　230009)【5】司鵠, 畢海普. 數(shù)值分析三峽庫(kù)區(qū)突發(fā)事故污染物運(yùn)移特征. 環(huán)境科學(xué). 29(9), pp. 2432–2436, Sep., 2008. 陳景秋,劉雪蘭,趙萬(wàn)星,丁劍平. 重慶主城區(qū)兩江回流流場(chǎng)數(shù)值模擬. 重慶大學(xué)學(xué)報(bào). 28(8), pp. 135137, Aug.,2005.【6】馮民權(quán)，鄭邦民，周孝德。水環(huán)境模擬與預(yù)測(cè)?？茖W(xué)出版社，2009 【7】蔣新新， 李鴻（河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院， 江蘇南京210098）突發(fā)水污染事故風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)中數(shù)學(xué)模型的研究。【8】水質(zhì)模型及其應(yīng)用研究進(jìn)展 郭勁松, 　李勝海, 　龍騰銳(重慶大學(xué)　城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院, 重慶　400045)【9】Heqing Huang , Guang Chen , QianFeng Zhang。The distribution characteristics of pollutants released at different crosssectional positions of a river。Environmental Pollution 158 (2010) 1327–1333?！?0】 趙玉新（國(guó)防科技大學(xué)航天學(xué)院）【11】【12】【13】H. Huang, J. Imran and C. Pirmez, Numerical modeling ofpoorly sorted depositional turbidity currents. J. ., C01014, 112, pp. 115, 2007.【14】. Chau*, . JiangT。hreedimensional pollutant transport model for the Pearl River Estuary。Water Research 36 (2002) 2029–2039。【15】流體力學(xué)基本方程及其阻力公式的歸納 韓炳耀(上海冶金高等?？茖W(xué)校　上?！?00233) 附錄附錄1 10度彎曲河道的坐標(biāo)計(jì)算。附錄2 35度彎曲河道的坐標(biāo)計(jì)算。附錄3 70度彎曲河道的坐標(biāo)計(jì)算。附錄4 英文文獻(xiàn)翻譯附錄5 英文文獻(xiàn)原文。52 / 52