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原文传递航道疏浚对水体水质影响的模拟研究

论文题名：	航道疏浚对水体水质影响的模拟研究
关键词：	航道疏浚;水体水质;悬浮物扩散;数值模拟;FLUENT软件
摘要：	为了维护航道的通航标准及改善泥沙淤积状况，一般需要定期对航道进行疏浚作业，然而在施工过程中容易因泥沙搅动、外泄而产生悬浮泥沙，并在水流作用下扩散到周边区域，导致以施工区为中心的附近水域混浊度增加，同时，泥沙中携带的有毒、有害物质也会使水体的使用质量下降。基于此，在疏浚环境影响评价过程中，针对不同的水域及水质污染的特点，选择相应的底泥水质模型对疏浚导致的悬浮污染物的影响范围作出预测及评估，从而选择正确的清淤处理方案，是非常必要的，同时对水环境的保护以及环保疏浚的开展具有十分重要的指导意义。　　本文基于FLUENT软件，模拟工程区域泥沙悬浮扩散状况;并以数值模拟的预测结果为依据，分析比对两种疏浚方式（绞吸式和抓斗式）在不同疏浚期下（枯水期和雨水期）悬浮泥沙的浓度分布及扩散范围，确定最佳施工方案。通过对绞吸式溢流沉淀池中泥沙沉降过程的模拟，比对分析不同进水口流速下对泥沙的沉降效果及出水水质的影响，揭示泥沙颗粒的沉降规律。　　研究结果表明:通过两种疏浚形式（绞吸式和抓斗式）分别在汛期和旱期施工时悬浮扩散对施工区域的影响对比表明，沿三维方向所选大部分监测断面在旱期施工时所产生的泥沙浓度值是低于汛期的。以一个疏浚点所产生的悬浮扩散为基点，通过折算出超水质标准的扩散面积对比分析表明，汛期均大于旱期，即利用两种疏浚形式分别进行疏浚作业时，在汛期施工所产生的泥沙悬浮扩散对施工区周边水域的影响比旱期更大，即确定旱期为最佳疏浚期。根据两种疏浚形式下在最佳施工期内各个监测断面最大泥沙浓度和区域平均浓度的对比分析表明，在所选监测断面z=10、20、30、40、50，抓斗式疏浚方式无论从泥沙浓度最大值还是区域浓度平均值均高于绞吸式疏浚方式，在断面y=-9、-7、-5、-3、-1及x=14、13、12、11上，由于绞吸式释放源强比抓斗式更大，除靠近疏浚源附近断面y=-9及x=14处采用抓斗式挖泥船疏浚时泥沙浓度最大值相比于绞吸式较小外，其余监测断面无论从泥沙浓度最大值还是区域浓度平均值均大于绞吸式疏浚方式，即确定绞吸式疏浚为最佳疏浚形式。　　基于FLUENT软件对绞吸式疏浚方式下泥水处理构筑物溢流沉淀池中泥沙沉降过程进行模拟，并选取四个备选流速，对不用进水口流速下泥沙沉降效果及出水泥沙浓度进行比对分析，结果表明:随着进口水水流流速的减小，沉淀池内的异重流、短流现象较严重，导致泥沙颗粒沉降效果受到影响，出水水质较差;随着进水口水流流速的增加，沉淀池进水口处异重流的强度得到改善，但沉淀池内水力停留时间缩短，沉淀效果也会受到影响。所以在进水口流速的选取上应综合考虑上述两方面的因素，既要从流态上减轻异重流的影响，还需从理论上考虑泥沙颗粒在池内的水力停留时间，才能从本质上改善泥沙颗粒的沉降效果。　　本研究针对性较强，为长江航道疏浚工程的开展提供了理论支持，并为三峡航道绿色施工技术研究提供了技术保障，研究具有重要的使用价值和现实意义。
作者：	王炯琦
专业：	土木工程;市政工程
导师：	雷晓玲
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文