初期雨水弃流装置水力控制渠道的水动力学分析

摘要

随着我国城市化进程的加快和国民经济的高速发展，水资源短缺和水环境污染日趋严重。目前，雨水的资源化已成为水资源利用和保护中的重要研究课题，雨水回收利用对改善城市生态环境，促进城市水资源和水环境的可持续发展具有重要的意义。
　　 因受到自然降雨历时过程的随机性、地表污染沉积物的不确定性和地貌及其水文特征复杂性等因素的影响，地表雨水径流中水质、水量呈现出很强的随机变化特征。作为雨水回收利用工程技术关键的雨水收集过程，现有的雨水收集装置或系统一直存在洁净雨水收集效率低和排除初期雨水的安全性和可靠性低的问题，严重制约了雨水回用技术的发展和推广应用，原因是这些装置或系统都没有对雨水径流中的水质的随机变化过程进行跟踪识别和控制，不能实时准确地确定排除初期雨水和收集洁净雨水的时间段，在具体操作时会产生含高浓度污染物的雨水径流流入雨水收集储存池中造成污染或者损失大量的可回收的洁净雨水的严重问题。
　　 本课题通过参考相关文献、现场试验研究和对雨水径流的水动力学分析，从实时降雨过程和雨水径流过程的水力和水文特征出发，分析雨水径流中污染物浓度随径流过程呈现随机波动、初期增大后期减小的变化特性，试验研究了地表径流污染的随机波动性和COD于SS浓度变化的相关性；设置矩形雨水控制渠和初期雨水弃流机构，通过建立求解雨水控制渠道中污染物的离散控制方程，和雨水流动的水动力学控制方程圣维南方程组，对控制渠中雨水径流污染物的迁移过程进行分析，并编制控制程序，以对雨水弃流装置中雨水弃流机构的启闭过程进行控制，完成精确排放初期污染雨水和高效收集洁净雨水的过程。
　　 本研究能有效解决我国城镇雨水回用技术中洁净雨水收集的效率低、安全性差的问题，为城镇雨水回用，解决水资源短缺问题提供可靠的技术支撑，其社会经济效益显著。

目录

文摘

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声明

第一章 绪论

1.1研究的意义及背景

1.1.1我国水资源现状

1.1.2城市化进程带来的水资源问题

1.1.3雨水利用工程技术

1.2国内外研究现状及进展

1.2.1国外概况

1.2.2国内概况

1.3现有雨水收集装置

1.4研究内容及意义

1.4.1研究意义

1.4.2研究内容

1.4.3研究思路

1.4.4技术路线

第二章 地表雨水径流的污染过程

2.1概念

2.2城市地表径流水质

2.3城市降雨径流污染物种类及来源

2.3.1城市地表径流污染来源

2.3.2城市地表径流污染物种类

2.4雨水径流的污染过程

2.5降雨特征和地表径流集水时间

第三章 地表径流污染试验研究

3.1区域概况

3.2水质指标

3.3水质指标分析方法

3.4试验方法

3.4.1雨水径流水样取样点选取

3.4.2汇流区地貌描述

3.5.3雨水径流汇流时间

3.5.4采样方法

3.3雨水径流污染物浓度变化特征分析

3.3.1污染物浓度随降雨历时的变化

3.3.2雨水地表径流水质评价

3.3.3不同汇水区域区雨水径流的污染物浓度

3.3.4初始冲刷过程

3.3.5COD和SS浓度的相关性

3.4结论

第四章 雨水弃流装置控制渠中污染物迁移过程分析

4.1预动作式雨水弃流装置概述

4.2水力控制渠水动力学过程分析

4.2.1雨水控制渠水流流态

4.2.2明渠非恒定流的特征

4.3水力控制渠中污染物迁移离散过程

4.4水力控制渠中污染物非恒定迁移过程差分计算

4.4.1圣维南方程的差分

4.4.2初始边界条件

4.4.3稳定条件

4.4.4计算程序编程

4.4.5模拟计算成果分析

第五章 结论

5.1研究成果

5.2问题与讨论

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

附表1差分计算程序