长江干流重庆段弯道水流及水质污染范围模拟研究

摘要

三峡工程对生态与环境的影响是国内外十分关注的问题。长期以来，水利部长江水利委员会、中国科学院及国内其他有关部门、科研单位、大专院校，都相继对三峡工程影响所涉及的众多生态与环境因子进行了深入调查和研究工作，取得了大量的研究资料和成果，目前来说，具有一定理论基础和应用成果的水质预测和评价模型已有一些，、在复杂水流条件下污染物的扩散和衰减研究较少，大部分模型仍局限在理想河段上，特别是弯道内的污染物扩散问题国内外文献涉及较少。
　　 本文从国内外水流水质的的研究综述出发，介绍了水流水质模型的的应用研究进展，特别是三峡库区蓄水后，应用到三峡库区的水流水质模型的应用情况。采用MIKE11水流水质数学模型对长江三峡库区重庆段寸滩.长寿段进行模型计算，分别得到该段在一定水位情况下的糙率系数和典型污染物的扩散系数和降解系数，为水流水质精细模型提供基础性参数数据。在一维水流水质模型的参数数据基础上，通过二维水流水质模型在弯曲河段分设9个不同坐标点的排污口，分析在弯曲河段排污口的位置设置对污染物的扩散和降解带来的影响。研究发现，天然凹岸弯曲河段对污染带浓度变化范围分布有较为显著的影响，在弯曲河段变化范围明显减小，同时使污染带的最大宽度变大。天然凸岸弯曲河段对污染带浓度变化范围分布有较小的影响，对污染带的长度变化有较大影响，使污染物扩散的长度明显减小，同时对对污染带的最大宽度变化也有较大影响。在二维水流模型基础上，通过三维水流模型计算，分析了流速场与污染带扩散范围之间的关系，结果表明污染物扩散带长度与纵向流速呈指数关系，表现出良好的相关关系；弯曲河道凹岸污染物扩散带最大宽度与横向流速呈抛物线关系，曲线相关系数均大于0.95，都表现出较好的相关关系，而在弯曲河道凸岸相关系数则较差，说明了弯曲河道水流内凹岸和凸岸不同的水流特性及泥沙的冲刷和淤积对污染物扩散有较明显的影响。
　　 弯道中水流和泥沙的运动从本质上来说属于多相流，同时水流与污染物的扩散从本质上来说也属于多相流，用单相流模型进行数值模拟计算误差较大，建立固液两相流甚至多相流水流水质泥沙数学模型来模拟弯道污染物的扩散范围将是水环境领域的一个重要研究方向。
　　 由于水环境系统中客观存在着大量的不确定性，如果要更加准确、真实的反映水环境系统中的各种现象，不能用单纯的一种因素来进行分析，而是要综合考虑，才能最大限度消除数学模型计算带来的误差。