申请日2013.04.25
公开(公告)日2013.08.21
IPC分类号G06F17/50
摘要
本发明提供一种污水深海排放扩散器上升管数量确定的方法，包括以下步骤：扩散器主管长度的估算及上升管数量初步方案的确定;建立扩散器排污海域二维数值模型及扩散器上升管数量方案二维数值模拟;建立扩散器排污海域三维数值模型及扩散器上升管数量方案三维数值模拟;扩散器数值模拟数据分析及上升管数量的确定。该方法准确确定了扩散器的上升管数量，有效解决了扩散器上升管数量的难题，保证了扩散器排污的稀释扩散效果，使得距扩散器出口千米范围内的稀释度最高可达几百倍，避免了过多上升管造成的浪费，减少常规造价一半以上工程费用，减少了后续扩散器研究试验的人财物的耗费，为确定扩散器长度和经济环保型扩散器设计提供技术支撑，为污水深海排放工程的发展奠定了基础。
权利要求书
1.一种污水深海排放扩散器上升管数量确定方法，该方法的步骤包括：
(1)扩散器主管长度的估算及上升管数量的初步确定
根据扩散器主管长度初步计算公式确定扩散器主管长度，根据Brooks、 Wiullam和Agg Wakeford的静水和动水中的扩散器上升管间距公式确定上升 管间距最小值，进而根据上述得到的扩散器主管长度和上升管间距最小值确 定了上升管数量的最大值，其后根据工程实际进一步提出具有不同上升管数 量的扩散器上升管数量初步方案;
(2)建立扩散器排污海域二维数值模型及扩散器上升管数量方案二维 数值模拟
扩散器排污海域二维数值模型，采用丹麦水动力研究所的MIKE2的水 动力学模块和对流扩散模块建立，分别对排污所在海域的水动力和污染物输 移扩散进行数值模拟，所述数值模拟包括数值控制方程、边界条件、计算范 围选取和计算网格划分：二维水动力数值模型和污染物输移扩散数值模拟控 制方程包括水动力连续方程、动量方程、对流扩散方程;边界条件对初始条 件、边界条件进行设置;网格采用不规则三角网格，并对排污口局部进行了 加密;并对数值模型的潮位、流速和流向进行了验证;利用建立的二维数值 模型对不同扩散器上升管数量方案进行二维数值模拟，最后根据数值模拟结 果得到扩散器排污的二维污染物浓度分布及包络面积;
(3)建立扩散器排污海域三维数值模型及扩散器上升管数量方案三维 数值模拟
扩散器排污海域三维数值模型，采用丹麦水动力研究所的MIKE3的水 动力学模块和对流扩散模块建立，分别对排污所在海域的水动力和污染物输 移扩散进行模拟，数值模拟的实现包括数值模拟方程、边界条件、计算范围 选取和计算网格划分，三维水动力模块和对流扩散模块控制方程包括水动力 连续方程、动量方程、对流扩散方程;边界条件对初始条件、边界条件进行 设置;网格主要采用不规则三角网格，并对排污口局部进行了加密;并对数 值模型潮位、流速和流向进行验证，利用建立的三维数值模型对不同扩散器 上升管数量方案进行三维数值模拟，最后根据数值模拟得到扩散器排污的三 维表层污染物浓度分布及包络面积;
(4)扩散器数值模拟数据分析及上升管数量的确定
在步骤(1)通过扩散器主管长度和扩散器上升管最小间距选取扩散器 上升管数量初步方案的基础上;通过步骤(2)和步骤(3)的扩散器上升管 间距初步方案的二维模拟和三维模拟，得到扩散器排污的二维污染物浓度分 布及包络面积和三维污染物浓度分布及包络面积，并通过二维和三维污染物 浓度分布及包络面积分析，得到扩散器出流污水浓度包络面积小、高浓度区 少的上升管数量方案，最后确定了上升管的数量。
说明书
一种污水深海排放扩散器上升管数量确定的方法
技术领域
本发明涉及一种深海排放扩散器上升管数量确定的方法，尤其用于污 水深海排放扩散器的多立管结构中的上升管数量设计方法。
背景技术
污水进行深海排放是一种最环保经济的临港污水处置方法，得到沿海 城市广泛采用。扩散器结构的优化设计是污水排海工程建设方案的关键技术 之一，其结构方案主要包括扩散器的长度及管径、上升管个数间距及管径、 喷口的水平方位角、射流角度及管径等因素。
扩散器结构方案直接影响到污水稀释扩散效果和工程投资，研究各因素 对污水稀释扩散的效果，并确定在达到污水排海环保要求的前提下，减小投 资是亟待研究的主要目标。目前，上升管数量主要根据工程经验确定，存在 着上升管数量不准确带来的数量过少的环境影响差和过多的工程投资浪费 严重的问题，因此确定环保经济的上升管数量是一个亟待解决的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于污水深海排放扩散器上升 管数量确定的方法，有利于保证扩散器排污的稀释扩散效果，同时能更高精 度的确定扩散器的长度和上升管的间距，而且为扩散器近区物理模型试验提 供试验方案，减少了大量的试验方案的人力物力耗费，是进行扩散器设计的 最环保经济的方法，为设计符合环保要求的扩散器提供技术支持和参考依 据。
本发明采用的技术方案是提供一种污水深海排放扩散器上升管数量确 定方法，该方法的步骤包括：
(1)扩散器主管长度的估算及上升管数量的初步确定
根据扩散器主管长度初步计算公式确定扩散器主管长度，根据Brooks、 Wiullam和Agg Wakeford的静水和动水中的扩散器上升管间距公式确定上升 管间距最小值，进而根据上述得到的扩散器主管长度和上升管间距最小值确 定了上升管数量的最大值，其后根据工程实际进一步提出具有不同上升管数 量的扩散器上升管数量初步方案;
(2)建立扩散器排污海域二维数值模型及扩散器上升管数量方案二维 数值模拟
扩散器排污海域二维数值模型，采用丹麦水动力研究所的MIKE2的水 动力学模块和对流扩散模块建立，分别对排污所在海域的水动力和污染物输 移扩散进行数值模拟，所述数值模拟包括数值控制方程、边界条件、计算范 围选取和计算网格划分：二维水动力数值模型和污染物输移扩散数值模拟控 制方程包括水动力连续方程、动量方程、对流扩散方程;边界条件对初始条 件、边界条件进行设置;网格采用不规则三角网格，并对排污口局部进行了 加密;并对数值模型的潮位、流速和流向进行了验证;利用建立的二维数值 模型对不同扩散器上升管数量方案进行二维数值模拟，最后根据数值模拟结 果得到扩散器排污的二维污染物浓度分布及包络面积;
(3)建立扩散器排污海域三维数值模型及扩散器上升管数量方案三维 数值模拟
扩散器排污海域三维数值模型，采用丹麦水动力研究所的MIKE3的水 动力学模块和对流扩散模块建立，分别对排污所在海域的水动力和污染物输 移扩散进行模拟，数值模拟的实现包括数值模拟方程、边界条件、计算范围 选取和计算网格划分，三维水动力模块和对流扩散模块控制方程包括水动力 连续方程、动量方程、对流扩散方程;边界条件对初始条件、边界条件进行 设置;网格主要采用不规则三角网格，并对排污口局部进行了加密;并对数 值模型潮位、流速和流向进行验证，利用建立的三维数值模型对不同扩散器 上升管数量方案进行三维数值模拟，最后根据数值模拟得到扩散器排污的三 维表层污染物浓度分布及包络面积;
(4)扩散器数值模拟数据分析及上升管数量的确定
在步骤(1)通过扩散器主管长度和扩散器上升管最小间距选取扩散器 上升管数量初步方案的基础上;通过步骤(2)和步骤(3)的扩散器上升管 间距初步方案的二维模拟和三维模拟，得到扩散器排污的二维污染物浓度分 布及包络面积和三维污染物浓度分布及包络面积，并通过二维和三维污染物 浓度分布及包络面积分析，得到扩散器出流污水浓度包络面积小、高浓度区 少的上升管数量方案，最后确定了上升管的数量。
本发明的效果是扩散器多喷口结构的设计主要内容有扩散器的主管管 径及长度、上升管间距及个数、喷口个数及角度等，本发明通过综合采用公 式计算、二维数值模拟和三维数值模拟的方法，准确的确定了扩散器的上升 管数量，有效解决了一直以来扩散器数量难以确定的问题，保证了扩散器排 污的稀释扩散效果，使得距扩散器出口千米范围内的稀释度最高可达几百 倍，避免了过多上升管造成的浪费，最多可减少一半以上费用，同时减少了 后续扩散器研究试验的人力物力耗费，为扩散器长度的确定和环保经济的扩 散器设计提供了技术支撑，为污水深海排放工程发展奠定基础。