长江上游废水排放模式对近水域水质影响的模拟研究

摘要

随着长江上游三峡库区“175m”试验性蓄水的进行，库区水流速度明显减缓。在此情况下，库区优势产业——榨菜产业的含盐废水尾水排放对排放口水域产生盐升（盐度升高）现象，影响底泥污染物释放强度，改变近水域水质特性，而产生的一系列水环境问题成为关注的热点问题。研究以开发对排放口近水域盐升分布影响小的尾水排放方式以及揭示盐升分布对近水域水质变化的影响规律为目标，开展含盐废水尾水排放方式和排放口近水域底泥污染物释放规律研究。
　　 基于FLUENT软件，构建了缓流条件下4种尾水排放方式盐升分布三维数学模型，得出了4种排放方式下排放口近水域的盐升分布规律，并优选出了对水环境影响最小的排放方式。通过室内静态烧杯试验，研究了盐升分布和扰动对排放口近水域底泥污染物释放的影响，揭示了底泥污染物的释放规律。研究得出了如下结论:
　　 通过数值模拟，得出了淹没单口、淹没双口、非淹没单口、非淹没双口四种排放方式下排放口近水域的盐升分布规律。结果表明:淹没单、双口出流方式相比，淹没双口出流方式在各监测断面上的盐浓度最大值和平均值都低于淹没单口出流方式，两者相比淹没双口出流为较优排放方式;非淹没单、双口出流方式相比，非淹没双口出流方式在各监测断面上的盐浓度最大值和平均值都低于非淹没单口出流方式，两者相比非淹没双口出流方式为较优排放方式;为了选出最优排放方式，选择x=4m、5m、7m，y=4m、3.5m、3m，z=1.9m、2.1m、2.3m作为监测断面，将淹没双口出流和非淹没双口出流进行比较。非淹没双口出流在各个x、z监测断面的盐浓度最大值和平均值均小于淹没双口出流;在各个y监测断面的盐浓度最大值大于淹没双口出流，而平均值低于淹没双口出流。非淹没双口出流在各个y监测断面只有少数点的盐浓度值大于淹没双口出流，而大部分点的盐浓度值是小于淹没双口出流的，同时非淹没双口出流在各y监测断面的盐浓度总量低于淹没双口出流，非淹没双口出流为最优排放方式。
　　 通过静态模拟实验，得出了盐升分布和扰动对底泥污染物释放的影响规律。结果表明:盐升分布对底泥污染物的释放具有促进作用。对总磷的平均释放率影响最大，是自来水作为上覆水状态下的4.08倍;次之为COD，为1.57倍;氨氮为1.08倍。扰动对底泥污染物的释放具有促进作用。对总磷的平均释放率影响最大，是静置状态下的3.67倍;次之为COD，为3.17倍;氨氮为1.32倍。扰动状态下盐升分布对底泥污染物的释放具有抑制作用。对总磷的平均释放率影响最大，用自来水作为上覆水扰动状态下是用自来水中加盐水作为上覆水扰动状态下的2.27倍;次之为COD，为1.17倍;氨氮为1.05倍。盐升及扰动的组合对底泥污染物的释放具有促进作用。对COD的平均释放率影响最大，是自来水作为上覆水静置状态下的2.84倍;次之为总磷，为1.61倍;氨氮为1.26倍。
　　 本文的研究内容针对性强，为长江上游三峡库区含盐废水尾水的排放方式提供科学依据，为三峡库区水环境的可持续发展提供支持。研究结果具有重要的使用价值和现实意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 盐升分布对水环境生态系统的影响研究现状

1．3．2 计算流体力学(CFD)在给水排水工程中的应用现状

1．4 研究内容及目的

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究目的

第二章 CFD数值模拟方法

2．1 数值计算所涉及的软件

2．1．1 前处理软件GAMBIT

2．1．2 计算软件FLUENT

2．2 求解过程

2．3 Fluent对多相流所提供的模型

2．4 流体流动的控制方程

2．5 湍流模型

2．6 UDF和UDS简介

2．6．1 UDF(User-Defined Function用户自定义函数)简介

2．6．2 UDS(User-Defined Scalar用户自定义标量)简介

第三章 基于长江上游近水域盐升分布影响的含盐废水尾水排放方式数值模拟研究

3．1 尾水淹没排放方式对近水域的盐升分布影响研究

3．1．1 确定物理模型

3．1．2 建立数学模型

3．1．3 边界条件

3．1．4 控制方程的离散

3．1．5 控制方程的求解

3．1．6 收敛标准

3．1．7 淹没单口与双口出流方式对近水域盐升分布的影响

3．1．8 淹没单口与双口出流方式的比选

3．2 尾水非淹没排放方式对近水域的盐升分布影响研究

3．2．1 确定物理模型

3．2．2 建立数学模型

3．2．3 边界条件

3．2．4 控制方程的离散

3．2．5 控制方程的求解

3．2．6 收敛标准

3．2．7 非淹没单口与双口出流方式对近水域盐升分布的影响

3．2．8 非淹没单口与双口出流方式的比选

3．3 长江上游含盐废水尾水排放方式的综合比选

3．3．1 优选方法

3．3．2 优选结果与分析

3．4 本章小结

第四章 长江上游含盐废水尾水排放对近水域水质影响的模拟研究

4．1 试验材料和方法

4．1．1 试验材料

4．1．2 试验方法

4．1．3 实验数据分析

4．2 盐升分布对长江上游近水域水质影响的模拟研究

4．2．1 盐升分布对底泥氨氮释放的影响

4．2．2 盐升分布对底泥有机物释放的影响

4．2．3 盐升分布对底泥总磷释放的影响

4．2．4 盐升分布对底泥污染物释放的影响分析

4．3 扰动对长江上游近水域水质影响的模拟研究

4．3．1 扰动对底泥氨氮释放的影响

4．3．2 扰动对底泥COD释放的影响

4．3．3 扰动对底泥总磷释放的影响

4．3．4 扰动对底泥污染物释放的影响分析

4．4 扰动状态下盐升分布对长江上游近水域水质影响的模拟研究

4．4．1 扰动状态下盐升分布对底泥氨氮释放的影响

4．4．2 扰动状态下盐升分布对底泥COD释放的影响

4．4．3 扰动状态下盐升分布对底泥总磷释放的影响

4．4．4 扰动状态下盐升分布对底泥污染物释放影响分析

4．5 盐升分布及扰动对长江上游近水域水质综合影响的模拟研究

4．5．1 盐升分布及扰动对底泥氨氮释放的影响

4．5．2 盐升分布及扰动对底泥COD释放的影响

4．5．3 盐升分布及扰动对底泥总磷释放的影响

4．5．4 盐升分布及扰动对底泥污染物释放的综合影响分析

4．6 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果