环境水力学ch5-4

1、环境水力学环境水力学郑天柱郑天柱扬州大学扬州大学环境科学与工程学院环境科学与工程学院第第 2 2 节节 河道远区浓度场的计算方法河道远区浓度场的计算方法一、瞬时点源远区动态解二、连续点源远区稳态解三、连续分布源远区稳态解四、多个源输入的叠加五、空间流量变化时的连续分布源远区稳态解 一维随流方程DSckdxdcV10)0(c边界条件：式中，SD为连续输入分布源M/L3T三、连续分布源远区稳态解1、不考虑分散作用AmSDm VxoBM/LTHBA外部源输入HSSBDBSVxoHM/L2T内部源输入)exp(1 )(11VxkkSxcD)exp(1 *11tkkSD上述方程的解为：式中：t*为行进时

2、间。当 时，3*1tk195. 0kScD6 . 4*1tk199. 0kScD当 时，xoc1kSDAmSDm VxoBM/LTHBA外部源输入t*1、两点源叠加（忽略分散作用）扩散方程简化为：20101)()0(clcccckdxdcV时当lxVxkcxc0,exp)(11101)exp(11102122201110VlkcQQQmcQmc解得:式中：时当lxVlxkcxc,exp)(21202Vl1122QuCu=0Qe1Ce1Qe2Ce20 xc10c2011111AQVQQQeu222212AQVQQQe浓度分布图四、多个源输入叠加2、点源和分布源相叠加扩散方程简化为：20101)(

3、)0(clcccSckdxdcVD)0()exp(1 (exp)(11111101lxVxkkSVxkcxcD解得:)exp(1 ()exp(1111110201110VlkkSVlkccQmcD式中：)(,exp)(21202lxVlxkcxcVl1122QuCu=0Qe1Ce111111AQVQQQeu0 xc10c20浓度分布图22212AQVQQ例题x(km)12.526.038.651.6c(MPN/100ml) 46500 1680090003000V=0.25m/s5km1122Qu=15m3/sCu=0Qe1=0.5m3/s11111AQVQQQeu222212AQVQQQeQ

4、e2=0.25m3/sx3km滩地 某河段设有两个污水厂排水口，监测下游大肠杆菌资料如下：两污水厂出水总大肠杆菌浓度为3106MPN/100ml，要保证下游滩地总大肠杆菌不超过2000MPN/100ml，问污水厂允许排放大肠菌浓度为多少？xo10310410515304560lnc解:112211d20. 11045)5000/35000ln(4 .8625. 0)/ln(xxccVkml100MPN/967705 . 0151035 . 06110euuuQQCQmCkm/d6 .214 .8625. 0Vml100MPN/4760025. 05 . 01510325. 0621220eeu

5、QQQmC)5exp()exp()(120110VxkcVxkcxc当x5时:)6 .21582 . 1exp(47600)6 .2182 . 1exp(96770)8(c在x=8km处,ml100MPN/5 .1023395 .402920 .62047由于:ml100MPN/57000)981. 01 (103%1 .98%1005 .10233920005 .1023396排放量削减允许排放浓度VQu=1Cu=0CR=300mg/L QR0.1m3/s1km 合流雨水溢流管以0.1m3/s流量，BOD浓度300mg/L，均匀排入1km长的河段，设上游来水流量1m3/s，BOD浓度为0，河

6、流中BOD降解速率为0.4d-1,试求下游10km处BOD浓度。（截面面积18m2)解:)/(10667. 11810003001 . 0/056. 018133smgLACQSsmAQVeeDu)exp(1 )(11VxkkSxcD)(,exp)(10lxVlxkcxc0 x0k1=0c0 xcq=0q0k10c00)0(0)(ccca1122Cu=0SD（2）考虑分散作用的连续分布源DSckdxdcVdxcdK122x设空间分布源位于0,a边界条件适用于河口等潮汐河流。浓度分布xjecxcx101)(0 时，当)1)(21(110ajDekSc21141),1 (2VKkKVj)21()2

7、1(1 )(21)(12xjaxjDeekSxcax0时，当21241),1 (2VKkKVj)(32)(axjaecxcax 时，当)1)(21(21ajDaekSc21241),1 (2VKkKVj（1）（2）（3）浓度分布xKkecxcx101)(0 时，当)21(110aKkDekSc21211 )(1112xKkaxKkDeekSxcax0时，当)(31)(axKkaecxcax 时，当（1）（2）（3）当V0时)21(11aKkDaekScxcq=0q0k10c0复习与思考 1、当研究河段的水力学条件满足( )时，可考虑应用零维水质模型。 A. 非恒定非均匀，洪水波 B. 恒定非均

8、匀，形成污染带 C. 恒定均匀，充分混合 D.恒定均匀，非充分混合 2、最容易发生富营养化污染的水体是( )。 A河流 B. 湖泊 C. 海洋 D地下水CB 3、河流断面宽深比（）可视为矩形河流。 A.15B.20C.10D.10 4、大气浓度预测公式中的y,z指 （ ） A. 横向扩散系数和纵向扩散系数 B. 横向扩散系数和垂向扩散系数 C. 时间扩散系数和纵向扩散系数 D. 横向扩散参数和垂向扩散参数 BD5、产生紊动混合的主要因素是 ( )A. 风力 B. 水力坡度 C. 密度差异 D. 温度差异 6、下列说法不正确的是（ ）A. 物理过程：指污染物在水体中的混合稀释和自然沉淀过程B.

9、化学过程：指污染物在水体中发生的理化性质变化等化学反应，对水体净化起作用的主要是氧化还原反应C. 生物自净过程：微生物在溶解氧充分的情况下，将一部分有机污染物当食饵消耗掉，将另一部分有机物氧化分解为无害的简单无机物D. 紊动扩散：指水流的紊动作用引起的水中污染物自低浓度向高浓度区域扩散过程BD7、在河流中，影响污染物输移的主要物理过程是（ ）A. 随流输运 B. 横向扩散C. 纵向扩散 D. 以上三者8、河流稀释混合模式中，点源稀释混合模型是（ ）A. B. C. D. QWQQcQccseeuu4 .86 eueeuuQQQcQccdtkcc101Vxkcc86400exp10BD 9、河流

10、的一维稳态水质模型是（、河流的一维稳态水质模型是（ ）A.B. C.D. 10、上述为河流S-P水质模型是（ ） )4exp(4),(2xEVzVxEhVmzxczz)()(/2101/0/02121uxkuxkuxkssuxkeekkLkeCCCCeLLckxcKxcVtc122DzSzcExcKxcV2222BB 11、对线性问题应用叠加原理时，下列说法不正确的是( ) A. 多个污染源输入时，可分别计算每个污染源的浓度响应，再进行浓度叠加 B. 对空间起始分布源输入，可将起始分布源分解为若干瞬时平面源，再对每个瞬时源引导的浓度进行求和 C. 对恒定连续源输入，可将连续源按时间分解为若干瞬

11、时源，再对每个瞬时源引导的浓度进行求和 D. 断面上某点流速可分解为平均速度、偏差速度和脉动速度之和12、下列说法不正确的是( ) A. 分子扩散方程实质上是质量守恒原理在环境水力学中的应用 B. 宽浅型河流的分散系数一定与河流水深成正比 C. 误差函数始终是增函数 D. 分子扩散系数 ，即不符合各向同性zyxDDD13、上游来水CODCr(u)=14.5mg/L，Qu=8.7m3/s；污水排放源强CODCr(e)=58mg/L，Qe=1.0m3/s。如忽略排污口至起始断面间的水质变化，且起始断面的水质分布均匀，则采用完全混合模式计算得到其浓度为( )。A. 20.48mg/L B. 17.9

12、8mg/LC. 18.98mg/L D. 19.98mg/L14、下列不属于瞬时源浓度解的有( )A. B.C. D. 222exp)0 , 0 ,(zzyHUmxc)exp(442),(0DxuDtutxerfcDtutxerfcctxcDtbutxerfDtbutxerfctxc442),(0DtzyutxDtMtzyxc4)(exp4),(222315、常规污染物瞬时点源河流一维水质方程为： ，那么，在距离排放点下游x处的污染物浓度峰值表达式为（）ABCDckxcKxcVtc122dtkcc101)44)(exp(4/),(122tktEztEVtxtEEhMtzxczxzx212max

13、41,)22exp(12)(KxVKkxKVxAxMxc222222exp2)1 (zegyzypHUXVYUmc 16、在潮汐河口和海湾中，最重要的物质输移机理是（ ）A.垂直输移 B.潮汐输移C.扩散 D.分子扩散 17、有风点源湍流扩散模式中，以排气筒地面位置为原点，下风向地面轴线浓度计算公式是（）A. B.C. D. 22222exp)2exp()0 ,(zyzyHyUmyxcGmYXcL2022322),()(212PHUemcem222exp)0 , 0 ,(zzyHUmxc 18、河流中污染物降解速率k1的影响因素，下述不正确的是（）A.水体温度 B.河流结构和水流条件C.污染物

14、种类 D.污水与河水混合的三个阶段 19、关于氧垂曲线，下列不正确的是（ ）A. 氧垂曲线的最低点称为临界氧亏点B. 临界氧亏点的亏氧量称为最大亏氧量C. 氧垂曲线图上临界氧亏点的右侧，耗氧大于复氧D. 在临界氧亏点处，耗氧和复氧相平衡 20、下列说法正确的有( )A. 浮射流一定是变密度的流动，其密度佛汝德数大小是变化的 B. 河流的横向扩散系数一定大于横向混合系数C. 射流出口的平均流速越大，则射流扩散角就越大D. 条缝平面射流的浓度扩散角一定小于直径等于条缝宽度的圆断面的浓度扩散角 21、计算临界氧亏点位置的计算公式是( )A. B. C. D. zcEVBx24 . 0zcEVBx20

15、68. 0)1 (ln86400112001212kkkcDkkkkuxczcEVBx21 . 022、对岸边排放方式，计算排放点至充分混合断面的距离公式是 ( ) 23、对岸边排放方式，计算排放点至横向扩散到对岸的距离公式是 ( ) A. B. C. D. zMEVBL24 . 0zBEVBL2068. 0)1 (ln86400112001212kkkcDkkkkuxczMEVBL21 . 024、河流中氧气的主要来源是（ ） A. 光合作用 B.空气中氧气的溶解 C.随水源带入 D.呼吸作用25、瞬时源排放，湖泊水质计算公式是( )A. B. C.D. dtkcc101ttkVMctcd)

16、1(exp)()(10ttkcttkctcdBd)1(exp1)1(exp)(1102104112expVKkKVxcc26、下列说法不正确的是( ) A. 污染物浓度与水密度的量纲是一致的 B. 稀释度越大，则水体污染物浓度越高 C. 浓度单位ppm表示1kg水体中含有扩散持的质量为1mg，近似等于1mg/L D. 紊动扩散是由于流速场时间分布不均产生大大小小旋涡在层间脉动引起的扩散作用27、关于公式 下列说法不正确的是( ) A. 表示单位长度线源排放速率，单位为g/(ms) B. 为二维扩散方程 ，在边界条件 下的解C. 适用于无界空间均匀层流流动D. 为瞬时线源二维扩散方程的解)4ex

17、p(4),(2DxVzDVxmzxcm 22zcDxcV0),(xc28、关于分子扩散系数D，下列说法不正确的是( )A. 分子扩散系数与流体运动粘性系数的量纲相同B. 反映扩散质的固有物理属性，其大小与温度压力有关C. 随着扩散质和溶液种类不同而不同D. 大小与浓度梯度成正比29、随流输移扩散过程中，保守污染物的（ ）保持不变。A.所处位置 B.污染物的浓度C.污染物的质量通量 D.污染物的质量30.确定河流中污染物降解速率k1方法中，不正确的是（ ）A. 现场实测 B. 室内模拟实验测定C. 公式计算和经验估值 D. 分子扩散试验测定31、下列水质模型不正确的是（ ）A. 计算气态污染物最

18、大落地浓度可用B. 计算河流BOD5浓度沿程变化可用C. 计算河流混合区稳态浓度可用D. 连续点源河流一维稳态解 )(212PHUemcemVxkkcc86400exp310)4)2(exp()4exp(),(22xEzBuxEuzxuEHQczxczzzeetktEutxtEMtxcxx124)(exp4),(32、不影响河流水质浓度计算的因素有 ( )A. 排放口位置是设在河中心还是设在岸边和污染物排放量大小B. 河流流速和污染物降解速率 C. 排放污水中细菌浓度的高低D. 污染物是瞬时排放还是连续排放33、下列说法不正确的有( )A. 紊动扩散系数是流体运动状态的反映，与水温和水的密度等

19、水的性质无关B. 一般来说， ，且数值上C. S-P模型是非稳态模型，主要用于河流中有机污染物的浓度计算D. 在天然河流中，纵向剪切离散比紊动扩散作用大得多zyxEEEzyxEEE34、淡水最大密度时的温度为（ ） A. 4左右 B. 3左右 C. 2 左右 D. 0左右35、当水体中的温度升高时，水中氧气的溶解度（ ） A.降低 B.升高 C.不变 D.可能升高,也可能降低36、河流水质模型中，有机物生化反应符合一级反应动力学规律，即( ) A. 反应速率与该有机物浓度的一次方成正比B. 反应速率与该有机物浓度的二次方成正比C. 该有机物降解速率k1为零 D. 忽略河流混合的第一、二阶段37

20、、瞬时点源解 ，则 t 时刻的等浓度面为( ) A. 同轴圆柱面 B. 同心圆球面C. 倾斜平面 D. 旋转抛物面38、在公式 中，下列说法不正确的是( ) A. 表示以x轴为法线的单位面积上扩散质的质量通量，单位为g/(m2s) B. 始终为正值 C. 公式右边负号表明扩散方向与浓度梯度方向相反 D. 扩散质可以从低浓度向高浓度方向扩散222223,)4exp()4(),(zyxrDtrDtMtrcxqxqxcDqx39、示踪剂实验法测定紊流扩散参数，选择示踪剂时不正确的是（ ）A. 具有在水体中不沉降、不降解、不发生化学反应B. 测定简单准确C. 对环境无害D. 与水体密度不同，如石油类物

21、质40、应用水质模型时，不正确的说法是（ ）A. 大多数河流均采用二维稳态模型B. 一般不采用三维模型C. 不考虑混合过程的重金属污染物、部分有毒物质和其它保守物质的下游浓度预测 ，可采用零维模型D. 对于大中型河流的废水排放，横向浓度梯度较为明显时，需要采用二维模型进行计算41、不影响河流水质浓度计算的因素有 ( )A. 排放口位置是设在河流中心还是设在岸边和污染物排放量大小B. 河流流速和污染物降解速率C. 污染物是瞬时排放还是连续排放D. 排放污水中细菌浓度的高低42、湖水中如果有氧气向空中逸散，则水中的溶解氧处于（ ） A.过饱和 B.未饱和 C.缺氧状态 D.饱和度刚好达到100%4

22、3、当水体中的温度升高时，水中氧气的溶解度（ ） A.降低 B.升高 C.不变 D.可能升高,也可能降低44、下列说法不正确的是( ) A. 浓度与水密度的量纲是一致的 B. 稀释度越大，则水体污染物浓度越高 C. 浓度单位ppm表示1kg水体中含有扩散持的质量为1mg，近似等于1mg/L D. 紊动扩散是由于流速场时间分布不均产生大大小小旋涡在层间脉动引起的扩散作用复习题1、某河段的上断面处有一岸边排放口稳定地向河流排放污水，其污水排放特征为：Qe=4.5m3/s，BOD5(e)=60mg/L；河流水环境特征参数为Qh=25.0m3/s， BOD5(h)=2.6mg/L。假设污水一进入河流就

23、与河水均匀混合，试计算在排污口断面处BOD5的浓度？ 2、在河流岸边有一连续稳定排放污水口，河宽 15m，水深1.5m，河水流速0.3m/s，横向扩散系数0.05m2/s，（1）求污水到达对岸的纵向距离Lb和完全混合的纵向距离Lm；（2）若污水排放口排放速率 20 g/s。求污染物到达对岸的浓度C(Lb,B)、C(Lb,0)，完全混合的断面浓度C(Lm,B)、C(Lm,0)各是多少？3、均匀河段上有一废水排放口，河水平均流速 u=20km/d，排放口起始断面河水(和废水完全混合后)含BOD浓度为 c0 =20mg/L，BOD5的衰减系数 k1=2d-1，分散系数 K= 1 km2/d，求下游1km处的河水中 BOD5 的浓度(考虑分散作用和忽略分散作用两种情况分别求解)。4、某河流枯水期流量