[發明專利]基于物模試驗與數值模擬結合的污水擴散器長度確定方法

無效

• 申請號: 201310553300.8
• 申請日: 2013-11-07
• 公開（公告）號: CN103577645A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 于航;白景峰;王心海;趙宏鑫;陳瑤泓伶;吳建明;何澤慧
• 申請（專利權）人: 交通運輸部天津水運工程科學研究所;天津水運工程勘察設計院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

技術領域

本發明涉及一種用于污水排放擴散器的設計，尤其涉及一種污水深海排放擴散器的設計方法。

背景技術

污水深海排放是在嚴格控制排污混合區的位置和范圍，符合排放水域的水質目標要求，不影響周圍水域使用功能和生態平衡的前提下，選定合適的排污口位置，選取設計合理、運行可靠的污水排放方式，采取科學的工程系統措施，合理利用海域的凈化能力，處置污水的一種工程技術措施。即污水經過規定要求的預處理后，通過鋪設于海底很長的放流管，離岸輸送到一定的水下深度，再利用有相當長度、具備特殊構造的多孔擴散器，使污水與周圍水體迅速混合，在盡可能小的范圍內高度稀釋，達到要求的標準，無嚴格控制要求和自由亂排及無完整水下工程的岸邊排放，都不是科學的污水海洋處置，不利于海洋資源的合理開發利用。

而多孔擴散器作為整體污水排海工程的終端設施，是現代沿海城市污水排海工程中的重要組成部分，是有別于早期污水排海工程的主要特征，也是實現海洋環境保護的重要設施。在污水排海工程中，多孔擴散器的主要作用是通過它可以將污水均勻分散地排放到海洋環境水體中去，因此擴散器可提供給污水極大的初始稀釋，能夠對海洋生態及水質起到明顯的保護作用。從目前已投入運行的污水排海工程來看，良好的多孔擴散器水力及結構設計，已成為污水排海工程成功的關鍵因素。

對于整體污水海洋處置而言，終端擴散器是影響污水稀釋擴散效果、保護海洋環境的重要環節，直接體現污水深海排放工程的價值，而擴散器的長度是其結構設計過程中最重要的參數，直接決定著污水出流的水力效果與稀釋擴散程度，決定著整體污水海洋處置工程的運行效果。

目前，國內外還沒有關于擴散器長度設計的統一規范，不同地方的排海工程中擴散器差別很大，目前國內外也有許多學者對于擴散器長度的確定進行了研究。何強、俞軍等人總結了以往的研究成果，提出便于環境管理而相對簡便合理的計算方法，以求在確定擴散器長度方面獲得共識；徐高田、韋鶴平等人以嘉興污水海洋處置工程為例，為了能滿足設計初始稀釋度并降低工程費用，利用Jetlag3模型確定了其擴散器長度。計算結果表明，八團(0～1500)擴散器長度取200～250m，場前(0+000)和場前(0+1400)擴散器長度取250～300m，能滿足近區初始稀釋度的要求；張光玉、詹水芬等人利用經驗公式對惠州大亞灣一期污水排海擴散器的長度進行了估算，考慮工程初始稀釋度要求與海流稀釋能力，擴散器最小長度（考慮全部水深參與混合）公式為：擴散器最大長度（考慮部分水深參與混合）公式為：其中S為初始稀釋度，H為排放口水深，Q_e為流量，V為排放口周圍余流流速，再根據工程海域執行水質標準確定了擴散器具體長度；趙毅山等人結合上海市污水治理二期工程，介紹了排海工程中擴散器水力計算的新方法，利用數值模擬計算的方法對工程的擴散器長度等參數進行了優化設計。

王超等從航運、施工、管理及水生生物回游等角度出發，提出采用多孔T型擴散器排放污水，根據多孔射流發展規律，分析了T型擴散器排放近區流態特性，并通過數學模型計算，預報型擴散器排放近區軸線流速，濃度及稀釋度的沿程變化規律，得出了相對動量和擴散器長度是影響污染物橫向擴散的主要因素；王文喜、張瑞安等人根據N.N.Brooks經驗公式，考慮排污口周邊水流、工程初始稀釋度等條件，對煙臺市污水排海工程擴散器長度進行了估算。由此可見在實際工程中，影響擴散器長度的主要因素有污水日排放量、起始稀釋度、排放口水深以及水動力因素。根據以上分析可以看出，目前對于擴散器長度的確定方法還沒有統一的標準，計算方法也比較混亂，這種局面與排海技術的應用前景極不相稱。因此，污水排海擴散器長度確定的規范化、標準化成為推廣污水排海技術所面臨的急需解決的問題。

綜上所述，目前確定污水擴散器的長度大致有三種方法：

（1）純經驗確定，根據以往實例以及實際工程的日排水量、水深條件、初始稀釋度，直接確定擴散器的長度。這種方法可操作性較強，但是結果準確性和污水的出流效果難以保證。

（2）根據經驗公式計算確定，根據經驗公式確定擴散器的長度范圍，再根據經驗進行估算。這種方法比純經驗確定準確程度高，但污水出流效果與稀釋擴散效果難以保證。

（3）數值模擬方法。這種方法是通過Jetlag、Gambit、Fluent等軟件在計算機上進行模擬計算，通過多種工況的分析確定擴散器的合理長度。這種方法雖然具有較強的科學性，但是計算準確程度無法進行驗證，且不同的軟件計算結果偏差較大，結果在實際工況中不能得到體現。