含信号控制人行横道的街道峡谷污染物扩散三维数值模拟

耦合微观交通仿真和机动车尾气排放模型,分别对含信号控制人行横道和不含信号控制人行横道的街道峡谷污染物排放进行计算,并以此为排放源,采用k-ε两方程模型与组分输运方程对风向与街道垂直时的污染扩散情况进行了三维数值模拟.结果表明,k-ε两方程模型与组分输运方程可以较好地模拟风向与街道垂直时三维街道峡谷内的污染物扩散情况.峡...     

屋顶形状对街道峡谷内污染物扩散的影响

采用Spalart-Allmaras湍流模型,通过求解二维连续性方程,Navier-Stokes方程及污染物输运方程,模拟了具有不同屋顶形状的街道峡谷的流场及交通污染物浓度场.计算结果与风洞试验结果总体趋势一致.由于屋顶形状的不同,峡谷内的流场会形成顺时针或逆时针方向的旋涡,从而影响建筑物迎风面与背风面污染物浓度分布.在各种屋顶形状的街道峡谷中,壁面污染物浓度的相对大小与其附近的速度分布有直接关系.通过对街道峡谷建筑屋顶高度处垂直方向污染物通量的计算和比较,说明了不同屋顶形状的街道峡谷平均流扩散和湍流扩散的强弱,污染物湍流扩散通量值有可能为正或为负;同时,峡谷内剩余污染物浓度的大小表明了屋顶形状对污染物扩散出街道峡谷难易的影响.      

渤海水质控制模型研究 Ⅱ 潮余流长期输运模型

关于自然水域的污染扩散问题的数值研究,以往大多使用二维非定常模型。这些模型在近岸水域环境影响预测评价方面,得到广泛的应用。但是,输运问题的非定常解,往往初始条件难以设定,跟踪时间的长短也不好估计。特别在环境影响预测计算中初值更难确定。 排入海湾的各种污染成分在海水中的分布状况是在较长时期内逐渐形成的。在经历长期的演变过程之后,可以认为是处于一种定常状态,或者周期性变化的稳定状态。因而在考察污染物质的长期输运扩散效果的问题和对某种污染物对水体的长期影响的预测问题等方面,可以处理为定常问题。本文通过垂向平均二维输运方程在潮周期内求时间平均,导出了与时间变量t无关的定常形式的输运方程。采用SOR迭代方法对定常型方程进行数值求解。鉴于问题的物理背景,对平流项的有限差分采用“逆流”格式。这种差分格式使计算达到二阶精     

五岛群汊河道污染物输移混合特性的试验研究

污染物在有多个分汊岛的群汊河道中的输运混合特性目前尚不清楚,建立存在5个分汊岛的群汊河道物理模型试验系统,通过试验研究了恒定点源排放下群汊河道中污染物扩散特性和汊道污染物混合机理,试验结果表明:来流流量的增加,使得污染物浓度整体下降,污染物混合均匀程度降低;污染物排污位置的改变,对污染物浓度的分布影响显著;支汊中,污染物沿程输运是一个逐渐混合均匀的过程,但是突扩型支汊例外,其混合均匀性有降低的现象。研究为掌握污染物在群汊河道中的输移混合特性提供了科学依据。     

胶州湾前湾围填海工程对其污染物输运影响的模拟研究

采用ECOMSED和“干、湿”点法构建了胶州湾潮流的三维动边界数值模型。模型验证良好,可以较好地模拟胶州湾潮流场。利用所建模型模拟了前湾填海工程前后胶州湾潮流场。基于Lagrangian粒子追踪法,采用单个粒子及粒子群模拟了前湾填海工程前后胶州湾污染物输运。对比工程前后污染物运动轨迹,分析了工程对胶州湾污染物输运的影响规律及范围。在此基础上,对胶州湾排污口的布置给出了参考建议。     

尾矿坝加高对重金属Cu2+迁移影响的数值模拟研究

为研究尾矿坝加高对Cu2+在尾矿库中迁移的影响,以歪头山尾矿库为例,采用GeoStudio软件进行数值模拟,建立不同坝高的尾矿库模型,获得了不同坝高下的孔隙水压力等势图、重金属浓度分布等势图和粒子迁移路径图.结果表明:当尾矿坝加高时,相同位置的孔隙水压力增大;在尾矿库相同深度,尾矿坝加高会增大Cu2+浓度和污染物迁移距...     

地下水曝气修复过程的三维数值模拟

地下水曝气法是去除挥发性有机污染物的重要原位修复方法之一,目前已得到广泛应用,但其现场设计主要依据经验,缺乏系统的设计标准.为深入了解曝气去除污染物过程,并为现场设计提供重要参考依据,针对地下水曝气过程开展了数值模拟研究.水气两相渗流数值模型以水压力和气压力作为基本未知量,利用达西定律和质量守恒原理可以建立水气两相渗流过程的控制方程.利用Van Genuchten(VG)模型及Mualem公式,建立渗透系数-饱和度-基质吸力(K-S-P)三者之间的关系.污染物的去除过程则是在水气两相渗流的基础上,引入污染物的溶质运移、相间交换及生物降解模型.采用开发的有限元数值模型,对地下水曝气过程及污染物去除过程进行三维数值模拟,并将三维数值模拟的结果与二维数值模拟的结果进行对比.结果表明,三维模型的曝气影响区域偏小,在曝气口附近,水有效饱和度最小;在曝气口上方,水饱和度先增大后减小.考虑气体所受的浮力作用或不考虑气体可压缩性均会使计算得到的曝气影响区域偏小.污染物去除边界与曝气影响区域的边界基本一致,在曝气区域内,溶质交换过程大大促进了污染物的去除速率;在曝气区域外,污染物的去除主要通过生物降解作用,去除较慢.结果表明实际工程地下水曝气修复系统设计时,应使得曝气影响区域覆盖污染区域以得到较好的修复效果.研究结果表明,两相渗流模型结合污染物迁移转化模型的三维有限元数值模拟可以较好地模拟地下水曝气法去除污染物的全过程,对地下水曝气的设计、应用与效果评价具有重要指导意义.     

滨江水体水环境容量计算研究

针对滨江水体感潮特性明显、水流运动复杂等特点,考虑污染物质输运过程平面分布的不均匀性,提出了基于非均匀分布系数的水环境容量计算方法;以镇江内江为研究区域,建立了二维水流水质耦合数学模型.通过对内江2004年4月及8月两个典型全日潮流场特征及相应污染物迁移扩散过程的数值模拟,建立了排污量与污染带响应关系曲线,求得内江洪、枯两季非均匀分布系数分别为0.18与0.25;对内江不同水位条件及不同典型年水环境容量进行计算.结果表明,内江维持水位对其水环境容量影响较大,洪季维持平均水位4m时的容量值约比1m时增加了33.5%;不同典型年,内江水环境容量相差也较大,丰水年容量值较平水年增加了110%,而枯水年则比平水年减少了32.8%;各年内总容量的84%主要分布在5月至10月.该方法运用非均匀分布系数综合体现了滨江水体水动力条件复杂及潮汐作用下污染物迁移扩散规律多变对水环境容量的影响.     

关联因子作用下含Cr(Ⅵ)天然劣质地下水的健康风险评价

为了提高地下水健康风险评价的准确性,在对目标污染物进行健康风险评价时需考虑关联因子的影响。文章对健康风险评价模型进行改进,提出了关联因子影响下目标污染物浓度的校正方程,并用四川德阳地区地下水中目标污染物Cr(Ⅵ)和关联因子挥发酚的检测数据进行验证。得出校正后Cr(Ⅵ)的健康风险值比校正前减小21.86%,与当地未见Cr(Ⅵ)毒害的人群相符。     

人工注气及生物产气对孔隙介质中DNAPL运移影响

重非水相液体(DNAPLs)的污染和治理问题是国内外研究热点,由地下水曝气技术注入的人工气体或生物作用等产生的气体必然对DNAPL在地下水系统中的运移及修复产生影响.采用CCD实时监测系统,以TCE为目标污染物,通过3个二维砂箱试验,以饱水条件下DNAPL的运移为对照,研究了人工注气及生物产气对DNAPL在孔隙介质中运移的影响.结果表明:(1)基于CCD相机的透射光监测系统是一种研究二维孔隙介质中多相流迁移规律的有效非侵入式监测方法,应用于实时监测水/NAPL,水/气,水/NAPL/气多相系统中流体渗流过程.(2)人工注气和生物产气两种条件下,气体在多孔介质中的分布特征有差异,前一条件下气体连续分布,后一条件下则以非连续分布的气泡为主.(3)在水/气两相系统中,气体的存在使得DNAPL污染羽的整体形状更加不规则;同时缩短了TCE污染羽前缘整体平均垂向下迁距离;也导致迁移路径上孔隙中TCE的截留量变小.DNAPL的入渗过程受重力影响以垂向渗流为主,垂向渗流时易于驱替孔隙中的水分,然而水平渗流时优先驱替孔隙中的空气.     

紊流作用下泥沙释放磷的试验及数值模拟

为研究水体紊动对泥沙释放污染物的影响,引入近似均匀紊流模拟装置,开展不同强度紊动作用下泥沙运动释放磷动态过程及基本规律的试验,研究表明:紊动扩散作用对泥沙解吸释放磷有着十分重要的影响,紊动较弱时,泥沙尚未起动,床面泥沙颗粒吸附的磷元素解吸至孔隙水中,在垂向紊动扩散作用下输送至上覆水中,将使得上覆水中溶解态磷浓度增大;紊动作用较强时,泥沙逐渐悬扬至水体中,悬浮泥沙颗粒吸附的磷元素直接解吸至上覆水中,泥沙浓度越高,溶解态磷含量增长速率越大,达到平衡的时间越短.通过耦合紊流模型、水流泥沙数学模型、污染物对流扩散模型和Langmuir吸附动力学方程建立了紊动作用下泥沙释放磷的垂向一维数学模型,针对试验条件进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合较好,平均相对误差低于10%,可为模拟天然水体中泥沙悬浮释放磷的时空演化提供参考.     

电动脱除孔隙水削减底泥内源磷的效果研究

选择污染严重的底泥为研究对象,采用基于孔隙水脱除的电动修复装置,进行了底泥脱水排磷实验,探究了电动脱除孔隙水的底泥减磷效果,分析了底泥各形态磷在电动脱除孔隙水中的迁移转化过程.结果表明：电动脱水过程中阴极总脱水量为5740mL,远大于阳极（2121mL）,但脱水中总磷浓度为阳极大于阴极,80%以上的磷从阳极排出,电迁移在电动脱水排磷中起主要作用,通电使排磷总量增加了70%以上,其中在0.25V/cm的电压梯度下修复18d的条件下,排磷量最大;电动脱水排磷效率在通电48h内达到最高[0.73mg/（kW·h）],随后急剧减小;经过电动脱水排磷后,底泥含水率下降了14.07%,底泥总磷降幅最高可达231.92mg/kg,底泥中交换态磷（Ex-P）、铁结合态磷（Fe-P）、闭蓄态磷（Oc-P）、钙结合态磷（Ca-P）平均脱除率分别为80.01%、14.75%、40.65%和19.22%,其中阳极酸化导致氧化铁的溶解和Ca-P的释放,故阳极附近Oc-P、Ca-P降幅较大,而阴极碱化使Fe-P释放,故阴极附近Fe-P降幅较大.经计算可知,通过电动脱除孔隙水,底泥中生物可利用性磷（Ex-P+Fe/Al-P）平均下降了14.12%,底泥内源磷释放的风险得以降低.     

珠江广州河段上覆水和间隙水中磷特性研究

通过研究污染比较严重的珠江广州河段(雅岗至琶洲大桥)的六个断面,共10个采样点的上覆水和间隙水的磷形态分布特征,得上覆水总磷(TP)值为0.705～3.893mg/L,均为劣V类水质。总溶解性磷(TDP)与磷酸盐磷(PO43-)在各采样点的含量分布不均匀,由PO43-含量显示,各采样点已经有明显的富营养化趋势。通过分析各采样点间隙水磷含量和引起其上下层含量差异的环境因素知间隙水TP与TDP有一定相关性。间隙水上下层TP,TDP,PO43-含量差异可能与沉积物有机质和氧化还原环境有一定相关性,总体上认为厌氧环境有利于促进沉积物的磷释放到间隙水。     

微污染饮用水源水潜流人工湿地预处理的效能研究

以济南玉清湖水库为例,采用水平潜流人工湿地系统对沉砂后的微污染黄河水进行了预处理试验,考察了湿地系统对污染物的去除效率及其变化趋势.同时,根据实验数据,构建了潜流人工湿地系统COD、TN、TP的一级动力学模拟方程.结果表明,水平潜流人工湿地系统对COD、TP、TN和NH4+-N的平均去除率分别为49.89%、50.44%、53.41%和48.45%;人工湿地对污染物的处理是物理、化学和生物及其协同作用的过程.人工湿地沿程及不同高度污染物浓度变化试验结果表明,人工湿地系统对污染物的降解沿人工湿地水流方向逐渐降低,污染物主要在人工湿地床体前部被去除,潜流人工湿地床体上部对污染物的去除效果更好.     

太湖草藻型湖区间隙水理化特性比较

选择了太湖具有代表性的草型湖区-东太湖和藻型湖区-梅梁湾进行间隙水和沉积物理化指标的研究.对间隙水中pH值、E_h、EC等参数进行了比较分析,并讨论了间隙水氧化还原特征对间隙水中氮磷营养盐、溶解性有机碳和无机碳的影响;对沉积物中形态磷与间隙水理化指标的相互关系做了初步分析.结果显示,草型湖区间隙水还原性高于藻型湖区,间隙水氮磷分布和氧化还原特征显著相关;沉积物中Fe-P含量与间隙水氧化还原特征及正磷酸盐含量均有显著相关关系.     

不同扰动下外源磷在形态磷间的分布规律

研究了3种扰动方式对外源磷在上覆水、间隙水、底泥中的数量分布的影响,并分析了内源磷形态间的转化过程.结果表明,与对照实验相比,物理扰动能促进上覆水中磷向底泥迁移,并高于生物扰动和组合扰动的促进作用,并且,三者均高于对照实验.这可归因于溶解氧的渗入.物理扰动能降低间隙水中DIP的平均含量,相比对照实验降低了12.13%(第6 d和第10 d平均值),但降低程度不如生物扰动(38.63%)和组合扰动(50.79%).3种扰动均能促进Fe/Al-P和Ca-P的形成,其中,物理扰动下Fe/Al-P和Ca-P平均形成量最大,物理扰动下AAP含量一直在减小,暗示物理扰动明显促进了AAP向闭蓄态的Fe/Al-P或者Ca-P转化.     

纳米TiO_2光催化降解水体污染物研究进展

在讨论纳米TiO2 光催化降解机理的基础上 ,介绍了纳米TiO2 光催化降解各种水体污染物的研究进展     

波浪作用下沉降型憎水性污染物床面释放机理研究:以二氯甲烷为例

以沉降型憎水性污染物为代表的危险化学品突发性水污染事故发生后,大部分污染物将以液态形式沉积于河床表面,这些物质将作为内源性污染源,缓慢地释放进入水体,持续性地导致区域水质严重污染。选取二氯甲烷为对象,通过波浪水槽实验分析了不同波浪要素(波高、波周期等)对其释放强度的影响程度及响应关系,并建立了释放通量与各波浪动力学因子间的数学回归模型。结果表明：波浪扰动将引起以二氯甲烷为代表的沉降型憎水性污染物明显释放;DCM悬浮颗粒总体积浓度(TVC)总体上随波高的增大而变大,随着波周期的增大而减小;相同波周期情况下,释放通量与波高呈显著指数正相关(R²>0.973);相同波高情况下,释放通量与波周期呈显著对数负相关关系(R²>0.967);进一步建立了释放通量与床面波切应力、床面波浪能量损耗率、近底波浪质点水平速度最大值、单宽总波能及波陡的数学回归模型。该研究可为沉降型憎水性污染物水质预报的源强确定提供理论依据及计算方法,进而为完善该类污染物水质预报及风险预警的理论体系提供思路及方法。     

白塔堡河上覆水与沉积物间隙水N、P分布特征

为研究河流沉积物与间隙水间营养盐的迁移规律,采集白塔堡河干流平水期上覆水和沉积物间隙水样品,分析N、P分布特征,计算沉积物-水界面N、P扩散通量,并对上覆水与间隙水中营养盐含量进行回归分析. 结果表明:上覆水和间隙水中ρ(TN)、ρ(NH₃-N)和ρ(TP)均为农村带河段最低,城镇带和城市带河段较高. N、P的主要来源,农村带河段为农村灰水和面源污染,城镇带河段为生活污水和工业园排水,城市带河段为城市生活污水和工业废水. 间隙水中各营养盐质量浓度基本上都高于上覆水,空间分布趋势相似. NH₃-N、NO₂--N、NO₃--N和PO₄3--P在沉积物-水界面的平均扩散通量分别为0.429、0.134、0.080和0.143μmol/(m2·d),表明沉积物是上覆水重要的N、P源. 表层沉积物间隙水与上覆水中的ρ(NH₃-N)(R2=0.874,P=0.0002)和ρ(PO₄3--P)(R2=0.704,P=0.0005)均呈极显著相关,ρ(NO₂--N)呈显著相关(R2=0.501,P=0.0020),ρ(NO₃--N)的相关性(R2=0.353,P=0.0150)不显著,说明白塔堡河沉积物间隙水中的N主要以NH₃-N形态向上覆水中扩散;而间隙水中的P主要以PO₄3--P形态向上覆水中扩散.      

给水厂污泥改良生物滞留填料除磷效果的研究

通过静态吸附实验研究了土壤、给水厂污泥对磷的吸附特性,采用生物滞留模拟柱,考察生物滞留技术对城市径流中磷的去除效果,评价以给水厂污泥改良填料的可行性.结果表明,给水厂污泥对磷的吸附能力远大于土壤.在进水磷浓度为1.0 mg·L-1条件下,传统填料模拟柱出水总磷随着进水量的增加浓度逐渐增大,而改良填料模拟柱表现出稳定的长期去除效果,经7个月的连续运行,改良填料模拟柱出水总磷的浓度仍小于0.050 mg·L-1,满足地表水Ⅲ类水质标准.根据静态吸附实验估算结果,相同的控制条件下,添加4%给水厂污泥的改良填料对磷的吸附能力约为传统填料的4倍.无定型铁铝的沉淀、吸附作用是改良填料截留进水中磷的主要机制,工程应用中可在填料中添加4%~5%比例的给水厂污泥以提高生物滞留设施控制受纳水体富营养化的效果.