山地城市次級河流滯留區(qū)噴泉復(fù)氧試驗研究.pdf

1、山地城市河流由于其特殊的地理條件，在河道彎道處和人工大壩之間形成了天然的或人工的河道滯留區(qū)，滯留區(qū)內(nèi)水體流速緩慢且停留時間較長，導(dǎo)致水體溶解氧被消耗，污染物累積，富營養(yǎng)化時有發(fā)生。傳統(tǒng)人工增氧設(shè)備多用于湖泊，且需要安裝在水體中間，若用于河道，將對河道行洪、通航造成影響。
　　該研究以改善河道滯留區(qū)復(fù)氧為目的，利用CFD軟件對位于重慶市大渡口區(qū)的伏牛溪天然、人工滯留區(qū)水體二維流動分別進行了模擬，在模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上設(shè)計了一套采用直線型

2、雙配管方式的人工復(fù)氧噴泉，噴泉長20m，采用4個浮箱作為浮體并固定在河道邊，噴泉依靠兩臺流量為100m3/h，揚程12m，功率5.5Kw的潛水泵作為動力，兩條橫管上每隔50cm設(shè)置一個萬向直流噴頭，一條橫管上噴頭采用水平安裝，另一條采用垂直安裝。
　　該研究在實地調(diào)查與軟件模擬的基礎(chǔ)上對噴泉復(fù)氧技術(shù)進行了示范性研究，得出主要結(jié)論如下：
　?、俜Ｏ湫蜏魠^(qū)水質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)查，結(jié)果表明：上游氨氮含量均值1.50mg/L為V類水體，

3、CODMn含量均值6.56mg/L為IV類水體，TN、TP含量均值分別為6.14mg/L、0.43mg/L均為劣V類水體，葉綠素a含量為27.17μg/、DO含量5.75mg/L。中游氨氮含量均值1.37mg/L為IV類水體，CODMn含量均值5.99mg/L為III類水體，TN、TP含量均值分別為5.53 mg/L、0.59mg/L均為劣V類水體，葉綠素a含量為29.71μg/、DO含量7.63mg/L。下游氨氮含量均值3.28 mg

4、/L為劣V類水體，CODMn含量均值7.99mg/L為IV類水體，TN、TP含量均值分別為7.22mg/L、0.47mg/L均為劣V類水體，葉綠素a含量為57.76μg/、DO含量8.73mg/L。伏牛溪中游水質(zhì)與上、下游相比較好。整個伏牛溪流域溶解氧含量較高?？菟?、平水期和豐水期三個時期污染物質(zhì)濃度差異不大，表明降雨對伏牛溪水質(zhì)影響不大，平水期水體透明度較好，均值為0.77m。
　?、诜Ｏ獪魠^(qū)水動力現(xiàn)狀模擬，結(jié)果表明：在伏

5、牛溪中游彎道處，會形成天然滯留區(qū)，滯留區(qū)總體流速較低，低流速區(qū)主要存在于天然河道的彎道迎向來流的一側(cè)，整個流場區(qū)域中漩渦形成不明顯，流場整體流向與伏牛溪整體走向相同，水體滯留時間適中；在伏牛溪下游鐵路橋處，由于兩座人工大壩作用，形成了明顯的人工滯留區(qū)，人工滯留區(qū)中整體流向不明顯，在滯留區(qū)中部，由于鐵路橋橋墩的作用，在橋墩之后形成了兩大低流速漩渦，在漩渦的作用下，水體滯留時間明顯延長。結(jié)合水質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)查，將噴泉復(fù)氧安裝位置確定為伏牛溪下游鐵

6、路橋滯留區(qū)段。
　?、芊ＯF路橋滯留區(qū)噴泉水動力改善模擬，結(jié)果表明：兩種噴泉安裝方式流場流速區(qū)間為[0.005m/s~2.33m/s]、[0.05m/s~2.51m/s]，在兩種安裝方式下均能破壞人工構(gòu)筑物后形成的低速漩渦。但是噴泉噴流方向與來流方向相對使，無論噴泉流速大小如何，均會在其他區(qū)域形成新的漩渦，同時形成新的滯留區(qū)，這時不利于滯留區(qū)水體流出流場；而噴泉噴流與來流方向垂直時，原先存在的低速滯留區(qū)漩渦被破壞，同時高噴速工況

7、（2m/s）下，滯留區(qū)水體流動被明顯加快，有利于滯留區(qū)水體排出整個流場。
　?、蓁F路橋滯留區(qū)噴泉復(fù)氧單因素實驗研究，結(jié)果表明：垂直噴頭對附近水體混合效果較好，在噴泉運行4h過后，近處（半徑1m）水體溶解氧提高7.11％，遠(yuǎn)處（半徑20m）水體溶解氧提高0.81%；水平噴頭對遠(yuǎn)處水體混合效果較好，在噴泉運行4h過后，近處（半徑1m）水體溶解氧提高3.84%，遠(yuǎn)處（半徑20m）水體溶解氧提高7.69%。伏牛溪鐵路橋滯留區(qū)水體遠(yuǎn)處（半徑

8、20m）復(fù)氧效果受噴泉流量影響較大，近處水體（半徑1m）復(fù)氧效果影響較小。噴泉運行控制在噴泉每小時流量與服務(wù)水體容量之比為1:100，此時噴泉復(fù)氧效果較好且能耗較低。
　?、掼F路橋滯留區(qū)噴泉復(fù)氧運行效果研究，結(jié)果表明：噴泉對水體復(fù)氧效果明顯，噴泉近處水體（半徑1m）表層溶解氧達(dá)到7.42mg/L，底層溶解氧達(dá)到7.31mg/L；噴泉近處遠(yuǎn)處（半徑20m）表層溶解氧達(dá)到8.55mg/L，底層溶解氧達(dá)到8.38mg/L，此時滯留區(qū)入口

9、處溶解氧為6.42mg/L，對照點處溶解氧為3.33mg/L，噴泉對近處溶解氧提升為15.57%，對遠(yuǎn)處溶解氧提升為33.27%。噴泉對藻類有一定的抑制效果，近處水體（半徑1m）葉綠素a含量與對照點相比削減了17.63%；遠(yuǎn)處水體（半徑20m）葉綠素a含量與對照點相比削減了35.59%。噴泉對水體透明度影響不大，開啟前透明度為0.54m，運行時透明度為0.48m，結(jié)束運行后透明度為0.53m。其他污染物指標(biāo)與對照點相比，氨氮的削減率達(dá)到