河口海岸污水排放近区的密度效应研究

河口海岸污水排放问题近年来已成为海岸动力学、海洋环境学和环境流体力学研究的热点问题。清晰认识环境水体的水动力特性以及污水的输移扩散特性是准确预报排放污水时空分布的关键。本项研究通过理论分析、水槽试验和数值模拟相结合的方法，同时考虑环境水体温盐密度斜压效应和污水密度斜压效应，推导更为符合河口海岸污水排放的三维斜压水流-污水输移扩散数值模式；进行不同的污水排放密度、排放方式、水动力条件等多组水槽试验和数值模拟，研究不同条件下污水排放近区水动力空间结构和污水分布规律，重点分析污水密度和环境水体温盐密度对污水排放近区流场和浓度场的影响。开展河口海岸污水排放近区的密度斜压效应研究，不仅可以更深刻认识污水排放近区水动力特性和污水输移扩散特性，对丰富海岸动力学、海洋环境学和环境流体力学等学科内容具有重要的意义，同时为河口海岸地区合理划分功能区、排污工程选址等具有较高的工程实用价值。

河口海岸污水排放问题近年来已成为海岸动力学、海洋环境学和环境流体力学研究的热点问题。清晰认识环境水体的水动力特性以及污水的输移扩散特性是准确预报排放污水时空分布的关键。本项研究基于污水排放试验数据，分析污水排放近区的密度梯度效应，改进现有研究中水体密度处理方法，将污水与环境水体的密度差异作为水流运动中密度斜压梯度力项处理的重要内容，推导得到河口海岸三维斜压水流—污水输移扩散数值模式。模拟恒定来流条件下温排水侧向浅排动力场和温升场，结果表明改进模型考虑水体密度变化及其对流场和温升扩散场的影响，能更好反映污水排放近区的流场结构和浓度场分布。开展了大量的不同动力条件、不同污水排放密度水槽系列试验，主要包括静水、恒定流、规则波、不规则波以及波流共存等动力条件下等密度水体和非等密度水体的排放试验，利用高精仪器获取三维流场、波高和浓度场等试验资料，分析了单因子和多因子作用下排放近区流场特征和浓度场特征。开展更多组次污水排放数值试验，分析了不同排放方式下污水相对密度、污水包络宽度和污水包络面积等参数的特征。将研究成果应用于南黄海辐射沙脊群西洋海域的污水排放工程选址工作，以期为污水排放的设计和规划提供依据。