《群汊河道污染物輸移機理及對離散能力的回響關係研究》是依託河海大學，由華祖林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：群汊河道污染物輸移機理及對離散能力的回響關係研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：華祖林
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
群汊型河道是一種特定而時常遇到的河道形態，本課題著重就群汊型河道的污染物輸運機理及對離散能力回響關係展開研究。針對在天然情形下大量群汊河道的分汊形態特徵調查基礎上，遴選出由三個或三個以上不同形狀分汊島及不同排列組合方式形成的具有代表意義的典型天然不同群汊河道類型，探求污染物從順直段進入群汊段再匯合的各種典型群汊河道的輸運機理、穿越過程、摻混機制和離散特性，揭示群汊段中關鍵水動力驅動因子對污染物穿越與摻混強度的影響機制，提出典型群汊段中各分汊島間污染物分配與分汊島空間分布、分流比、汊道寬度等的內在關係。剖析群汊河道對污染物質離散能力的回響機制，提出典型群汊段縱向橫向離散係數確定方法和計算經驗公式，從而為針對群汊型河道這一特定且在自然情況下經常遇到的河道類型污染物輸移規律和該類型河道為國家工農業生產服務及水污染控制提供基礎研究性的積累與支撐。
結題摘要
該項目針對群汊型河道，分別製作完成了存在有三個、四個、五個分汊島的不同群汊型河道的物理模型，分別進行了對三個、四個、五個不同分汊島群汊型河道水流及污染物質輸運特性試驗研究，模擬了污染物質在順直河道經群汊型河道再匯合的整個輸運過程，模型試驗河段將包括順直河道、群汊河段和匯合段，物理模型全長約25.0米，其中主體試驗段和群汊型河道採用有機玻璃製作而成，當完成存在三個分汊島的群汊型河道模型試驗後，再更換存在四個分汊島群汊型河道進行試驗，最後進行五個島的群汊型河道水流及污染物輸移的物理模型。模型分別進行了5種不同上游流量工況下群汊段的水流特性試驗，量測了群汊型中河道的流速分布、雷諾應力、紊動動能等參數，其中三個、四個、五個分汊島的群汊型河道測量斷面分別為20個、26個和29個，獲得了群汊段的三維水流結構和紊動強度，揭示了不同群汊對水流結構和紊動特性的影響。同時，在群汊段進口上游3m處設定污染物排放斷面，試驗時考慮了在排放斷面上的五個在橫向上的不同排放位置，即離左岸1/6河寬、1/3河寬、1/2河寬、2/3河寬、5/6河寬處排放示蹤劑，在不同來流流量條件下觀測示蹤污染帶的輸移擴散過程，揭示污染物在群汊河道中的混合輸移的變化過程。基於無結構格線，構建了三維群汊河道的水動力及污染物質輸運數學模型，進行“數值試驗”對群汊河道物模試驗工況進行補充，數學模型構建引入適用於非結構格線的Q-QUICK高階精度格式。揭示了群汊段中各分汊島間污染物分配與分汊島空間分布、分流比、汊道寬度等的內在關係，剖析群汊河道對污染物質離散能力的回響機制，提出了污染物縱向離散係數的反最佳化計算方法，基於反問題思想，根據下游斷面量測的濃度分布通過定義目標函式將離散係數的參數計算問題轉化為極值問題，並將黃金分割最佳化算法套用到極值問題求解中。該項目研究為掌握群汊型河道污染物輸移規律機制具有重要的理論意義與實際套用價值。
