宁秀美
关键词：河流；混合污染物；污染物浓度；二维扩散
中图分类号：X522 文献标志码：A
前言
由于大量的生活污水与工业废水经排污口排入河流中，其中的大量混合污染物对河流的水质造成了不可修复的影响，同时导致排污口附近的水域环境质量下降。因此，对河流混合污染物的运移传输规律进行研究，分析污染物浓度移流扩散特性与浓度分布，对于河流污染的防治具有重要意义。
当前，应用较为广泛的污染物浓度移流扩散分析方法主要包括元胞自动机分析法和对流一弥散分析法。元胞自动机分析法根据水体的局部动力学方程，结合数学模型法对影响污染物浓度各要素之间的关系进行分析，进而得出污染物浓度在扩散漂移过程中，随局部区域的各种条件而变化的规律，但该方法对水体各方面条件的抽象程度过大，导致模拟结果的空间位置与形状失真程度较大；对流一弥散分析法通过数值模拟来研究污染物在水体中的传输和浓度分布，并将其结果存储在水体的属性字段中，基于水流的流向、流速构建分析模型，虽然该方法对于水体条件的抽象较为细致，但忽略了对次生污染源的模拟分析。鉴于以上分析，文章提出一种新的河流污染物浓度二维移流扩散分析方法，通过建立能够模拟污染物运移过程的扩散模型，得出污染物浓度的变化规律，可为河流污染物的治理提供科学依据。
1河流混合污染物浓度二维移流扩散分析方法设计
1.1污染物浓度的分布计算
当生活污水与农业、工业废水通过特定排污口进入河流时，由于污染物初始浓度偏高，在河流两岸及中心区域形成水平与垂直方向的均匀混合现象，因此，混合污染物浓度的迁移过程属于平面二维问题。为深入分析河流混合污染物浓度二维移流扩散的过程特性，文章将水体污染看作恒定连续面源，从污染物浓度的解析计算出发，考虑水域两岸的反射情况，基于污染物质迁移叠加原理，计算污染物浓度的分布。
假设流域水质为均质饱和，对于污染防治良好的邻域，土壤可以在很大程度上阻止污染物的对流运移，污染物在河流中迁移的主要方式是扩散与吸附，其中河流底部土壤对污染物起到平衡线性吸附作用，故污染物浓度的变化过程为二维扩散，扩散方向为x和z方向，引起河流混合污染物运移的主导因素为湍流，见图1。
图1中，C为任意一点处的污染物浓度值；σ，为污染物在y方向的标准差。
其中模型入口边界为恒定浓度边界，出口边界浓度为0。除入口边界外，初始状态下求解域内污染物浓度为0。然后生成一系列流速值并赋予入口边界控制体积，从而得到试样内的流量值，然后依据线性方程组求解方法进行数值模拟500次，得到每一时步条件下求解域内的模型解析解。
2.4污染物二维移流扩散分析结果
利用文章中方法构建污染物二维移流扩散模型，采用有限体积法对模型求解，得到污染物移流扩散浓度的解析解，并将文章解析解答与污染物运移分析软件POLLUTEv7的计算结果进行对比，得到的河流混合污染物浓度分布曲线见图4。
从图4可以看出，不同深度下基于文章解得到的污染物浓度分布曲线与软件得到的曲线分布规律均一致，且在不同断面处两种方法的分析结果完全相符，表明文章设计的污染物浓度二维移流扩散分析方法的合理性，对于污染物的运移过程有着较为准确的描述，能够准确反映出河流混合污染物浓度的扩散分布情况。
2.5河流污染物通量计算误差对比实验分析
基于上述污染物浓度分布结果，对河流底部污染物通量进行计算，并采用元胞自动机分析法（方法1）、对流一弥散分析法（方法2）与文章方法进行比较，以验证文章所提方法对于污染物浓度二维移流扩散分析的合理性。不同方法计算污染物通量的结果对比见图5。
通过分析图5可知，文章方法对河流污染物浓度扩散过程进行分析得到的河流底部污染物质量通量与理论值一致，而利用方法1与方法2得到的污染物通量与真实值存在较大偏差，主要是由于这两种方法忽略了污染物降解参数对污染物浓度二维移流扩散的影响，故计算得出的污染物通量不准确。由此可以说明，文章设计的方法能够准确模拟河流污染物浓度二维移流扩散过程，分析结果更加可靠。
3结束语
现有河流污染物浓度移流扩散分析方法忽略了对次生污染源的模拟分析，使得计算得出的污染物通量不准确。为此，文章提出一种新的河流污染物浓度二维移流扩散分析方法，通过计算河流污染物的浓度分布，求取污染物的混匀浓度，以河段划分为依据，设计模型的边界条件，建立污染物浓度移流扩散模型，根据混合污染物在河流中的迁移特点，采用有限体积法求解模型得到解析解，完成对污染物浓度二维移流扩散特性的分析。经实验结果表明，文章设计的污染物浓度二维移流扩散分析方法的合理性，对于污染物的运移过程有着较为准确的描述，能够准确反映出河流混合污染物浓度的扩散分布情况。分析得到的河流底部污染物质量通量与理论值一致，分析结果的可靠性较高。
