靜態溫度分層水體中點源羽流云團垂向運動規律

陳 鉑,彭夢輝,王 華

(1.長沙理工大學水利工程學院,湖南 長沙 410004; 2.水沙科學與水災害防治湖南省重點實驗室,湖南 長沙 410004)

經濟高速發展使得我國環境污染形勢嚴峻,而水污染事件已成為我國主要的突發性環境污染事件[1-8]。我國可建設的大型水電站共有1 360多座,其中很多都是高壩深庫。大型深水庫在蓄水后往往出現水體溫度分層,使水庫有著與河流不同的水溫分層結構[9-11]。水庫建成運行后,為處理類似新安江水庫苯酚泄漏、墨西哥灣漏油事件等突發污染事件造成的環境問題,需要準確掌握溫度分層水體中污染物運動規律,對污染情況進行預測和預警,為控制污染物擴散提供事故處理決策支持。

很多突發環境事件中,污染物泄漏是以瞬時點源羽流(thermal)的形式擴散。Scorer[12]研究了靜態均質水體中的點源羽流云團運動規律,認為云團的運動會在一個頂角約為30°的圓錐體范圍內;馬福喜等[13]通過試驗觀測與大渦模擬也得到了相近的結果。Tarshish等[14]采用直接模擬方法研究了紊動熱氣團(turbulent thermals)運動規律,發現氣團上升時均為橢球體,而氣團加速上升時所受的浮力與橢球的高寬比相關;林偉波[15]對密度分層流中的浮射流進行了試驗,并對垂向密度呈線性變化的垂直浮力射流進行了數值模擬,得到射流的密度場、射流軌跡、稀釋度和射流寬度等的分布規律;黃海寧等[16]為研究堿渣傾倒入海洋后引起的污染情況,在靜態溫度分層水體中進行了堿渣云團和泥漿云團沉降試驗,認為密度躍層對云團有阻礙作用，當分層強度大時,云團會停滯在密度躍層處振蕩;分層強度弱時,云團會穿過躍層,但部分云團內的細顆粒仍會滯留在躍層。……