潛流帶水動力特性及污染物質輸移過程研究

《潛流帶水動力特性及污染物質輸移過程研究》是依託清華大學，由何國建擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：潛流帶水動力特性及污染物質輸移過程研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：何國建
• 項目類別：面上項目

項目摘要

潛流交換對河流水環境有重要的影響，控制著河道地表水和地下水的物質和能量交換，通過引起溶質在河流系統中的滯留, 影響著溶質在河流中的遷移。本基金擬通過水槽試驗以及基於大渦模擬的局部精細紊流模型，分析地表水不同水動力條件、潛流帶沉積物顆粒不同特性以及床面不同形貌對潛流帶內孔隙水流動的影響規律，從湍流運動特徵出發，揭示地表水地下水相互作用原理；根據模擬平台計算得到的潛流帶孔隙水間的三維流動，模擬污染物質的輸移規律，計算其在潛流帶的停留時間，分析沉積物顆粒不同粒徑分布、河道不同平面形態對污染物質輸移、降解的影響；採用粒子跟蹤技術，模擬潛流帶中污染物質的吸出規律，分析污染物質在不同地形、不同水流條件下對地表水水環境的影響，為正確評價潛流帶對受污染水體的自淨能力影響、底泥污染對地表水的影響打下科學基礎。

結題摘要

本課題利用多層不同粒徑不同排列方式的圓形小球，構建了潛流帶局部精細紊流模型，利用大渦模擬技術，模擬了不同水動力條件、不同床面透水率等情況下，潛流帶近區水動力特性，湍流運動規律、溶質傳輸規律等。通過大渦模擬方法，利用雙平均理論，分析了理想粗糙透水床面明渠湍流的時空平均特性。統計結果對比前人實驗，說明大渦模擬計算結果能夠合理地反映流場規律，並由於其對近壁以及床面以下透水區域流場的精細模擬，可在實驗室內水槽試驗基礎上，對明渠湍流時空平均特徵理論分析進行很好的補充。提出了在粗糙床麵條件下泥水交界面的溶質傳質係數計算公式。該公式可利用水深、摩阻流速和床面滲透率來估算溶質交換量，從而定量分析污染物在潛流帶和表層水中的交換量，為水污染治理提供技術支撐。同時，建立了水動力—泥沙—磷遷移過程的分相模型。利用修正表面絡合模型，模擬不同水化學條件下泥沙顆粒對磷的吸附解吸，克服了分配係數和吸附等溫式缺乏普遍性的不足；模型涉及對流擴散、吸附解吸以及水體層和底泥層間的層間交換等物理化學過程，構建了微觀過程與巨觀規律之間的橋樑，為評估潛流帶與水體的物質交換提供了技術支撐。