山地城市次級河流滯留區(qū)噴泉復氧試驗研究.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)內水體流速緩慢且停留時間較長，導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，在模擬結果的基礎上設計了一套采用直線型

2、雙配管方式的人工復氧噴泉，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。
　　該研究在實地調查與軟件模擬的基礎上對噴泉復氧技術進行了示范性研究，得出主要結論如下：
　?、俜Ｏ湫蜏魠^(qū)水質現(xiàn)狀調查，結果表明：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濃度差異不大，表明降雨對伏牛溪水質影響不大，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，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。結合水質現(xiàn)狀調查，將噴泉復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。
　　⑤鐵路橋滯留區(qū)噴泉復氧單因素實驗研究，結果表明：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％，遠處（半徑20m）水體溶解氧提高0.81%；水平噴頭對遠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)水體遠處（半徑

8、20m）復氧效果受噴泉流量影響較大，近處水體（半徑1m）復氧效果影響較小。噴泉運行控制在噴泉每小時流量與服務水體容量之比為1:100，此時噴泉復氧效果較好且能耗較低。
　?、掼F路橋滯留區(qū)噴泉復氧運行效果研究，結果表明：噴泉對水體復氧效果明顯，噴泉近處水體（半徑1m）表層溶解氧達到7.42mg/L，底層溶解氧達到7.31mg/L；噴泉近處遠處（半徑20m）表層溶解氧達到8.55mg/L，底層溶解氧達到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，結束運行后透明度為0.53m。其他污染物指標與對照點相比，氨氮的削減率達到