[發明專利]一種考慮生物腐敗氣體污染的輸水管道檢修期通風數值模擬方法

有效

• 申請號: 202110334154.4
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113191094B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 王曉玲;王若楠;李崇智;劉來全;佟大威;吳斌平;劉長欣;丁超元;鄭雅致;龔芳;何文才
• 申請（專利權）人: 天津大學;廣東粵海珠三角供水有限公司;廣東省水利電力勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 潘俊達

本發明提供了一種考慮生物腐敗氣體污染的輸水管道檢修期通風數值模擬方法，相比于現有技術，本發明的模擬方法，一方面明確管道內生物腐敗氣體污染物排放量及排放規律，彌補了當前輸水工程中共入侵生物環境效應研究匱乏的不足；另一方面明確了管道內生物腐敗氣體污染物凈化需風量，對保障檢修期檢修人員安全與機械正常運轉具有重要意義；此外還進行考慮生物腐敗的輸水隧洞檢修期通風數值模擬，明確風流及有害氣體遷移分布規律，對保障復雜輸水管道通風安全具有重要意義。

技術領域

本發明涉及水利工程輸水管道檢測通風技術領域，具體涉及一種考慮生物腐敗氣體污染的輸水管道檢修期通風數值模擬方法。

背景技術

輸水工程中以淡水殼菜、河蜆和囊螺為主的生物入侵現象十分嚴重，諸如我國東江供水、龍茜供水和粵港供水等工程的管道、箱涵、隧洞等重要結構均受大量淡水殼菜侵損困擾。長距離輸水工程常采用無水檢修方法，導致管道內大量生物脫水死亡。死亡生物在腐敗菌分解作用下產生的胺、氨、硫化物等腐敗氣體具有刺激性氣味或毒害作用，大量存在時將造成嚴重的環境污染，影響檢修人員工作環境適宜度甚至威脅其生命安全。國內外學者對上述入侵物種進行了一系列生態以及結構安全方面的研究，然而對其死亡腐敗產生的氣體污染對周邊環境和人員的影響還缺乏關注。并且，長距離輸水工程普遍存在通風排污困難的問題，而現有研究多將復雜長距離輸水管道中的風流簡化為一維分布，通過一維穩態數值模擬研究獲取斷面平均流速分布以及污染物濃度峰值，忽略了斷面尺寸對風流發育過程以及氣體污染物遷移規律的影響，過度簡化的計算模型也導致了模擬結果準確性不足，難以為實際工程通風技術應用提供有效的指導。因此，明確輸水管道內生物腐敗氣體凈化需風量，明確輸水管道風流場的發育情況以及污染物遷移規律，成為當前水資源配置工程檢修期通風研究中亟待解決的關鍵問題。

發明內容

本發明的目的在于：通過提供一種考慮生物腐敗氣體污染的輸水管道檢修期通風數值模擬方法，以解決目前針對輸水管道檢修期通風研究中缺乏考慮生物腐敗氣體的污染，以及一維穩態通風數值模擬方法準確度不足的問題。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種考慮生物腐敗氣體污染的輸水管道檢修期通風數值模擬方法，包括以下步驟：

(1)生物腐敗氣體釋放特性測定實驗：對生物死亡腐敗過程中產生的具有刺激性氣味或毒害作用氣體的濃度進行實時檢測，獲取生物腐敗氣體的釋放數據；

(2)生物腐敗氣體釋放速率方程擬合：結合生物動力學模型，對所述生物腐敗氣體的釋放數據進行處理，得到生物腐敗氣體的釋放速率方程；

(3)考慮生物腐敗氣體污染的需風量：基于氣體稀釋理論，計算稀釋或排除生物腐敗氣體所需風量，并以此為依據對初步設計需風量進行修正，得到最終管道檢修期的總設計需風量；

(4)管道檢修期通風數值模擬：建立管道檢修期通風三維非穩態數學模型，并模擬管道檢修期通風風流場的發育情況以及污染物的遷移規律。

優選的，步驟(1)中，所述生物包括淡水殼菜、河蜆和囊螺中的至少一種；所述刺激性氣體或毒害氣體包括NH₃、H₂S、CH₄、CO中的至少一種。

優選的，步驟(2)中，生物腐敗氣體釋放速率方程擬合：結合生物動力學模型，對所述生物腐敗氣體的濃度、生物密度和腐敗時間數據進行處理，得到生物腐敗氣體的釋放速率方程。

優選的，所述生物動力學模型包括Gompertz模型、Huang模型、Baranyi模型和Logistic模型中的至少一種。

優選的，所述生物動力學模型為Gompertz模型；

Gompertz模型為：

所述生物腐敗氣體的釋放速率方程為：