環(huán)境水力學(xué)ch5-4

1、環(huán)境水力學(xué)環(huán)境水力學(xué)鄭天柱鄭天柱揚(yáng)州大學(xué)揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院第第 2 2 節(jié)節(jié) 河道遠(yuǎn)區(qū)濃度場(chǎng)的計(jì)算方法河道遠(yuǎn)區(qū)濃度場(chǎng)的計(jì)算方法一、瞬時(shí)點(diǎn)源遠(yuǎn)區(qū)動(dòng)態(tài)解二、連續(xù)點(diǎn)源遠(yuǎn)區(qū)穩(wěn)態(tài)解三、連續(xù)分布源遠(yuǎn)區(qū)穩(wěn)態(tài)解四、多個(gè)源輸入的疊加五、空間流量變化時(shí)的連續(xù)分布源遠(yuǎn)區(qū)穩(wěn)態(tài)解 一維隨流方程DSckdxdcV10)0(c邊界條件：式中，SD為連續(xù)輸入分布源M/L3T三、連續(xù)分布源遠(yuǎn)區(qū)穩(wěn)態(tài)解1、不考慮分散作用AmSDm VxoBM/LTHBA外部源輸入HSSBDBSVxoHM/L2T內(nèi)部源輸入)exp(1 )(11VxkkSxcD)exp(1 *11tkkSD上述方程的解為：式中：t*為行進(jìn)時(shí)

2、間。當(dāng) 時(shí)，3*1tk195. 0kScD6 . 4*1tk199. 0kScD當(dāng) 時(shí)，xoc1kSDAmSDm VxoBM/LTHBA外部源輸入t*1、兩點(diǎn)源疊加（忽略分散作用）擴(kuò)散方程簡(jiǎn)化為：20101)()0(clcccckdxdcV時(shí)當(dāng)lxVxkcxc0,exp)(11101)exp(11102122201110VlkcQQQmcQmc解得:式中：時(shí)當(dāng)lxVlxkcxc,exp)(21202Vl1122QuCu=0Qe1Ce1Qe2Ce20 xc10c2011111AQVQQQeu222212AQVQQQe濃度分布圖四、多個(gè)源輸入疊加2、點(diǎn)源和分布源相疊加擴(kuò)散方程簡(jiǎn)化為：20101)(

3、)0(clcccSckdxdcVD)0()exp(1 (exp)(11111101lxVxkkSVxkcxcD解得:)exp(1 ()exp(1111110201110VlkkSVlkccQmcD式中：)(,exp)(21202lxVlxkcxcVl1122QuCu=0Qe1Ce111111AQVQQQeu0 xc10c20濃度分布圖22212AQVQQ例題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灘地 某河段設(shè)有兩個(gè)污水廠排水口，監(jiān)測(cè)下游大腸桿菌資料如下：兩污水廠出水總大腸桿菌濃度為3106MPN/100ml，要保證下游灘地總大腸桿菌不超過(guò)2000MPN/100ml，問(wèn)污水廠允許排放大腸菌濃度為多少？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當(dāng)x5時(shí):)6 .21582 . 1exp(47600)6 .2182 . 1exp(96770)8(c在x=8km處,ml100MPN/5 .1023395 .402920 .62047由于:ml100MPN/57000)981. 01 (103%1 .98%1005 .10233920005 .1023396排放量削減允許排放濃度VQu=1Cu=0CR=300mg/L QR0.1m3/s1km 合流雨水溢流管以0.1m3/s流量，BOD濃度300mg/L，均勻排入1km長(zhǎng)的河段，設(shè)上游來(lái)水流量1m3/s，BOD濃度為0，河

6、流中BOD降解速率為0.4d-1,試求下游10km處BOD濃度。（截面面積18m2)解:)/(10667. 11810003001 . 0/056. 018133smgLACQSsmAQVeeDu)exp(1 )(11VxkkSxcD)(,exp)(10lxVlxkcxc0 x0k1=0c0 xcq=0q0k10c00)0(0)(ccca1122Cu=0SD（2）考慮分散作用的連續(xù)分布源DSckdxdcVdxcdK122x設(shè)空間分布源位于0,a邊界條件適用于河口等潮汐河流。濃度分布xjecxcx101)(0 時(shí)，當(dāng))1)(21(110ajDekSc21141),1 (2VKkKVj)21()2

7、1(1 )(21)(12xjaxjDeekSxcax0時(shí)，當(dāng)21241),1 (2VKkKVj)(32)(axjaecxcax 時(shí)，當(dāng))1)(21(21ajDaekSc21241),1 (2VKkKVj（1）（2）（3）濃度分布xKkecxcx101)(0 時(shí)，當(dāng))21(110aKkDekSc21211 )(1112xKkaxKkDeekSxcax0時(shí)，當(dāng))(31)(axKkaecxcax 時(shí)，當(dāng)（1）（2）（3）當(dāng)V0時(shí))21(11aKkDaekScxcq=0q0k10c0復(fù)習(xí)與思考 1、當(dāng)研究河段的水力學(xué)條件滿足( )時(shí)，可考慮應(yīng)用零維水質(zhì)模型。 A. 非恒定非均勻，洪水波 B. 恒定非均

8、勻，形成污染帶 C. 恒定均勻，充分混合 D.恒定均勻，非充分混合 2、最容易發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化污染的水體是( )。 A河流 B. 湖泊 C. 海洋 D地下水CB 3、河流斷面寬深比（）可視為矩形河流。 A.15B.20C.10D.10 4、大氣濃度預(yù)測(cè)公式中的y,z指 （ ） A. 橫向擴(kuò)散系數(shù)和縱向擴(kuò)散系數(shù) B. 橫向擴(kuò)散系數(shù)和垂向擴(kuò)散系數(shù) C. 時(shí)間擴(kuò)散系數(shù)和縱向擴(kuò)散系數(shù) D. 橫向擴(kuò)散參數(shù)和垂向擴(kuò)散參數(shù) BD5、產(chǎn)生紊動(dòng)混合的主要因素是 ( )A. 風(fēng)力 B. 水力坡度 C. 密度差異 D. 溫度差異 6、下列說(shuō)法不正確的是（ ）A. 物理過(guò)程：指污染物在水體中的混合稀釋和自然沉淀過(guò)程B.

9、化學(xué)過(guò)程：指污染物在水體中發(fā)生的理化性質(zhì)變化等化學(xué)反應(yīng)，對(duì)水體凈化起作用的主要是氧化還原反應(yīng)C. 生物自凈過(guò)程：微生物在溶解氧充分的情況下，將一部分有機(jī)污染物當(dāng)食餌消耗掉，將另一部分有機(jī)物氧化分解為無(wú)害的簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物D. 紊動(dòng)擴(kuò)散：指水流的紊動(dòng)作用引起的水中污染物自低濃度向高濃度區(qū)域擴(kuò)散過(guò)程BD7、在河流中，影響污染物輸移的主要物理過(guò)程是（ ）A. 隨流輸運(yùn) B. 橫向擴(kuò)散C. 縱向擴(kuò)散 D. 以上三者8、河流稀釋混合模式中，點(diǎn)源稀釋混合模型是（ ）A. B. C. D. QWQQcQccseeuu4 .86 eueeuuQQQcQccdtkcc101Vxkcc86400exp10BD 9、河流

10、的一維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型是（、河流的一維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型是（ ）A.B. C.D. 10、上述為河流S-P水質(zhì)模型是（ ） )4exp(4),(2xEVzVxEhVmzxczz)()(/2101/0/02121uxkuxkuxkssuxkeekkLkeCCCCeLLckxcKxcVtc122DzSzcExcKxcV2222BB 11、對(duì)線性問(wèn)題應(yīng)用疊加原理時(shí)，下列說(shuō)法不正確的是( ) A. 多個(gè)污染源輸入時(shí)，可分別計(jì)算每個(gè)污染源的濃度響應(yīng)，再進(jìn)行濃度疊加 B. 對(duì)空間起始分布源輸入，可將起始分布源分解為若干瞬時(shí)平面源，再對(duì)每個(gè)瞬時(shí)源引導(dǎo)的濃度進(jìn)行求和 C. 對(duì)恒定連續(xù)源輸入，可將連續(xù)源按時(shí)間分解為若干瞬

11、時(shí)源，再對(duì)每個(gè)瞬時(shí)源引導(dǎo)的濃度進(jìn)行求和 D. 斷面上某點(diǎn)流速可分解為平均速度、偏差速度和脈動(dòng)速度之和12、下列說(shuō)法不正確的是( ) A. 分子擴(kuò)散方程實(shí)質(zhì)上是質(zhì)量守恒原理在環(huán)境水力學(xué)中的應(yīng)用 B. 寬淺型河流的分散系數(shù)一定與河流水深成正比 C. 誤差函數(shù)始終是增函數(shù) D. 分子擴(kuò)散系數(shù) ，即不符合各向同性zyxDDD13、上游來(lái)水CODCr(u)=14.5mg/L，Qu=8.7m3/s；污水排放源強(qiáng)CODCr(e)=58mg/L，Qe=1.0m3/s。如忽略排污口至起始斷面間的水質(zhì)變化，且起始斷面的水質(zhì)分布均勻，則采用完全混合模式計(jì)算得到其濃度為( )。A. 20.48mg/L B. 17.9

12、8mg/LC. 18.98mg/L D. 19.98mg/L14、下列不屬于瞬時(shí)源濃度解的有( )A. B.C. D. 222exp)0 , 0 ,(zzyHUmxc)exp(442),(0DxuDtutxerfcDtutxerfcctxcDtbutxerfDtbutxerfctxc442),(0DtzyutxDtMtzyxc4)(exp4),(222315、常規(guī)污染物瞬時(shí)點(diǎn)源河流一維水質(zhì)方程為： ，那么，在距離排放點(diǎn)下游x處的污染物濃度峰值表達(dá)式為（）ABCDckxcKxcVtc122dtkcc101)44)(exp(4/),(122tktEztEVtxtEEhMtzxczxzx212max

13、41,)22exp(12)(KxVKkxKVxAxMxc222222exp2)1 (zegyzypHUXVYUmc 16、在潮汐河口和海灣中，最重要的物質(zhì)輸移機(jī)理是（ ）A.垂直輸移 B.潮汐輸移C.擴(kuò)散 D.分子擴(kuò)散 17、有風(fēng)點(diǎn)源湍流擴(kuò)散模式中，以排氣筒地面位置為原點(diǎn)，下風(fēng)向地面軸線濃度計(jì)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的影響因素，下述不正確的是（）A.水體溫度 B.河流結(jié)構(gòu)和水流條件C.污染物

14、種類 D.污水與河水混合的三個(gè)階段 19、關(guān)于氧垂曲線，下列不正確的是（ ）A. 氧垂曲線的最低點(diǎn)稱為臨界氧虧點(diǎn)B. 臨界氧虧點(diǎn)的虧氧量稱為最大虧氧量C. 氧垂曲線圖上臨界氧虧點(diǎn)的右側(cè)，耗氧大于復(fù)氧D. 在臨界氧虧點(diǎn)處，耗氧和復(fù)氧相平衡 20、下列說(shuō)法正確的有( )A. 浮射流一定是變密度的流動(dòng)，其密度佛汝德數(shù)大小是變化的 B. 河流的橫向擴(kuò)散系數(shù)一定大于橫向混合系數(shù)C. 射流出口的平均流速越大，則射流擴(kuò)散角就越大D. 條縫平面射流的濃度擴(kuò)散角一定小于直徑等于條縫寬度的圓斷面的濃度擴(kuò)散角 21、計(jì)算臨界氧虧點(diǎn)位置的計(jì)算公式是( )A. B. C. D. zcEVBx24 . 0zcEVBx20

15、68. 0)1 (ln86400112001212kkkcDkkkkuxczcEVBx21 . 022、對(duì)岸邊排放方式，計(jì)算排放點(diǎn)至充分混合斷面的距離公式是 ( ) 23、對(duì)岸邊排放方式，計(jì)算排放點(diǎn)至橫向擴(kuò)散到對(duì)岸的距離公式是 ( ) A. B. C. D. zMEVBL24 . 0zBEVBL2068. 0)1 (ln86400112001212kkkcDkkkkuxczMEVBL21 . 024、河流中氧氣的主要來(lái)源是（ ） A. 光合作用 B.空氣中氧氣的溶解 C.隨水源帶入 D.呼吸作用25、瞬時(shí)源排放，湖泊水質(zhì)計(jì)算公式是( )A. B. C.D. dtkcc101ttkVMctcd)

16、1(exp)()(10ttkcttkctcdBd)1(exp1)1(exp)(1102104112expVKkKVxcc26、下列說(shuō)法不正確的是( ) A. 污染物濃度與水密度的量綱是一致的 B. 稀釋度越大，則水體污染物濃度越高 C. 濃度單位ppm表示1kg水體中含有擴(kuò)散持的質(zhì)量為1mg，近似等于1mg/L D. 紊動(dòng)擴(kuò)散是由于流速場(chǎng)時(shí)間分布不均產(chǎn)生大大小小旋渦在層間脈動(dòng)引起的擴(kuò)散作用27、關(guān)于公式 下列說(shuō)法不正確的是( ) A. 表示單位長(zhǎng)度線源排放速率，單位為g/(ms) B. 為二維擴(kuò)散方程 ，在邊界條件 下的解C. 適用于無(wú)界空間均勻?qū)恿髁鲃?dòng)D. 為瞬時(shí)線源二維擴(kuò)散方程的解)4ex

17、p(4),(2DxVzDVxmzxcm 22zcDxcV0),(xc28、關(guān)于分子擴(kuò)散系數(shù)D，下列說(shuō)法不正確的是( )A. 分子擴(kuò)散系數(shù)與流體運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)的量綱相同B. 反映擴(kuò)散質(zhì)的固有物理屬性，其大小與溫度壓力有關(guān)C. 隨著擴(kuò)散質(zhì)和溶液種類不同而不同D. 大小與濃度梯度成正比29、隨流輸移擴(kuò)散過(guò)程中，保守污染物的（ ）保持不變。A.所處位置 B.污染物的濃度C.污染物的質(zhì)量通量 D.污染物的質(zhì)量30.確定河流中污染物降解速率k1方法中，不正確的是（ ）A. 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè) B. 室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)測(cè)定C. 公式計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)估值 D. 分子擴(kuò)散試驗(yàn)測(cè)定31、下列水質(zhì)模型不正確的是（ ）A. 計(jì)算氣態(tài)污染物最

18、大落地濃度可用B. 計(jì)算河流BOD5濃度沿程變化可用C. 計(jì)算河流混合區(qū)穩(wěn)態(tài)濃度可用D. 連續(xù)點(diǎn)源河流一維穩(wěn)態(tài)解 )(212PHUemcemVxkkcc86400exp310)4)2(exp()4exp(),(22xEzBuxEuzxuEHQczxczzzeetktEutxtEMtxcxx124)(exp4),(32、不影響河流水質(zhì)濃度計(jì)算的因素有 ( )A. 排放口位置是設(shè)在河中心還是設(shè)在岸邊和污染物排放量大小B. 河流流速和污染物降解速率 C. 排放污水中細(xì)菌濃度的高低D. 污染物是瞬時(shí)排放還是連續(xù)排放33、下列說(shuō)法不正確的有( )A. 紊動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)是流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的反映，與水溫和水的密度等

19、水的性質(zhì)無(wú)關(guān)B. 一般來(lái)說(shuō)， ，且數(shù)值上C. S-P模型是非穩(wěn)態(tài)模型，主要用于河流中有機(jī)污染物的濃度計(jì)算D. 在天然河流中，縱向剪切離散比紊動(dòng)擴(kuò)散作用大得多zyxEEEzyxEEE34、淡水最大密度時(shí)的溫度為（ ） A. 4左右 B. 3左右 C. 2 左右 D. 0左右35、當(dāng)水體中的溫度升高時(shí)，水中氧氣的溶解度（ ） A.降低 B.升高 C.不變 D.可能升高,也可能降低36、河流水質(zhì)模型中，有機(jī)物生化反應(yīng)符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律，即( ) A. 反應(yīng)速率與該有機(jī)物濃度的一次方成正比B. 反應(yīng)速率與該有機(jī)物濃度的二次方成正比C. 該有機(jī)物降解速率k1為零 D. 忽略河流混合的第一、二階段37

20、、瞬時(shí)點(diǎn)源解 ，則 t 時(shí)刻的等濃度面為( ) A. 同軸圓柱面 B. 同心圓球面C. 傾斜平面 D. 旋轉(zhuǎn)拋物面38、在公式 中，下列說(shuō)法不正確的是( ) A. 表示以x軸為法線的單位面積上擴(kuò)散質(zhì)的質(zhì)量通量，單位為g/(m2s) B. 始終為正值 C. 公式右邊負(fù)號(hào)表明擴(kuò)散方向與濃度梯度方向相反 D. 擴(kuò)散質(zhì)可以從低濃度向高濃度方向擴(kuò)散222223,)4exp()4(),(zyxrDtrDtMtrcxqxqxcDqx39、示蹤劑實(shí)驗(yàn)法測(cè)定紊流擴(kuò)散參數(shù)，選擇示蹤劑時(shí)不正確的是（ ）A. 具有在水體中不沉降、不降解、不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)B. 測(cè)定簡(jiǎn)單準(zhǔn)確C. 對(duì)環(huán)境無(wú)害D. 與水體密度不同，如石油類物

21、質(zhì)40、應(yīng)用水質(zhì)模型時(shí)，不正確的說(shuō)法是（ ）A. 大多數(shù)河流均采用二維穩(wěn)態(tài)模型B. 一般不采用三維模型C. 不考慮混合過(guò)程的重金屬污染物、部分有毒物質(zhì)和其它保守物質(zhì)的下游濃度預(yù)測(cè) ，可采用零維模型D. 對(duì)于大中型河流的廢水排放，橫向濃度梯度較為明顯時(shí)，需要采用二維模型進(jìn)行計(jì)算41、不影響河流水質(zhì)濃度計(jì)算的因素有 ( )A. 排放口位置是設(shè)在河流中心還是設(shè)在岸邊和污染物排放量大小B. 河流流速和污染物降解速率C. 污染物是瞬時(shí)排放還是連續(xù)排放D. 排放污水中細(xì)菌濃度的高低42、湖水中如果有氧氣向空中逸散，則水中的溶解氧處于（ ） A.過(guò)飽和 B.未飽和 C.缺氧狀態(tài) D.飽和度剛好達(dá)到100%4

22、3、當(dāng)水體中的溫度升高時(shí)，水中氧氣的溶解度（ ） A.降低 B.升高 C.不變 D.可能升高,也可能降低44、下列說(shuō)法不正確的是( ) A. 濃度與水密度的量綱是一致的 B. 稀釋度越大，則水體污染物濃度越高 C. 濃度單位ppm表示1kg水體中含有擴(kuò)散持的質(zhì)量為1mg，近似等于1mg/L D. 紊動(dòng)擴(kuò)散是由于流速場(chǎng)時(shí)間分布不均產(chǎn)生大大小小旋渦在層間脈動(dòng)引起的擴(kuò)散作用復(fù)習(xí)題1、某河段的上斷面處有一岸邊排放口穩(wěn)定地向河流排放污水，其污水排放特征為：Qe=4.5m3/s，BOD5(e)=60mg/L；河流水環(huán)境特征參數(shù)為Qh=25.0m3/s， BOD5(h)=2.6mg/L。假設(shè)污水一進(jìn)入河流就

23、與河水均勻混合，試計(jì)算在排污口斷面處BOD5的濃度？ 2、在河流岸邊有一連續(xù)穩(wěn)定排放污水口，河寬 15m，水深1.5m，河水流速0.3m/s，橫向擴(kuò)散系數(shù)0.05m2/s，（1）求污水到達(dá)對(duì)岸的縱向距離Lb和完全混合的縱向距離Lm；（2）若污水排放口排放速率 20 g/s。求污染物到達(dá)對(duì)岸的濃度C(Lb,B)、C(Lb,0)，完全混合的斷面濃度C(Lm,B)、C(Lm,0)各是多少？3、均勻河段上有一廢水排放口，河水平均流速 u=20km/d，排放口起始斷面河水(和廢水完全混合后)含BOD濃度為 c0 =20mg/L，BOD5的衰減系數(shù) k1=2d-1，分散系數(shù) K= 1 km2/d，求下游1km處的河水中 BOD5 的濃度(考慮分散作用和忽略分散作用兩種情況分別求解)。4、某河流枯水期流量