1.一种面向平原城市河网水环境改善的水动力调控阈值确定方法,其特征是包括以下步骤:
步骤1、在城市河道内采集新鲜底泥和河水水样;
步骤2、建立数学模型;
步骤3、将该切应力作为中间变量,建立室内试验中的扰动转速与野外天然河道表面流速之间的相关关系;
步骤4、获取实际河道表面流速与上覆水水质指标浓度间的响应关系;
步骤5、按照水环境容量计算的理论,根据水质本底值与目标水质,确定水动力调控改善水环境中的流速下限阈值;
步骤6、在步骤5的基础上代入河道进口断面水流流速值、进口和出口断面的水深值,计算得出能够保证河道水质的流速下限阈值。
2.根据权利要求1所述的一种面向平原城市河网水环境改善的水动力调控阈值确定方法,其特征在于,步骤1进一步包括:
将采样得到的样本避光密封保存并带回实验室进行试验,模拟分析不同水动力条件下的底泥释放与吸附规律,根据试验结果,得到促使底泥快速释放的扰动转速。
3.根据权利要求1所述的一种面向平原城市河网水环境改善的水动力调控阈值确定方法,其特征在于,步骤2进一步包括:
计算不同扰动强度条件下圆筒试验装置中的流场,提取泥水界面的流速数据,采用切应力计算公式,计算得到装置中泥-水界面的切应力:
式中,τ为切应力,n/m2;u为流速,m/s;y为水深,m;μ为水的动力粘度。
4.根据权利要求1所述的一种面向平原城市河网水环境改善的水动力调控阈值确定方法,其特征在于,步骤3进一步包括:
采用对数流速分布公式计算实际不同水深河道的表面流速:
式中,u为流速,m/s;u*为摩阻流速,m/s;y为水深,m;δ为绝对粗糙度,mm;ρ为水的密度;τ为河道底部切应力,n/m2。
5.根据权利要求1所述的一种面向平原城市河网水环境改善的水动力调控阈值确定方法,其特征在于,步骤4进一步包括:
基于扰动转速与野外天然河道表面流速之间的相关关系和试验中上覆水水质浓度变化,得到实际河道表面流速与上覆水水质指标浓度间的响应关系,以水质变化拐点处的流速作为平原城市河网水动力调控的流速上限阈值。
6.根据权利要求1所述的一种面向平原城市河网水环境改善的水动力调控阈值确定方法,其特征在于,步骤5进一步包括:
选择总体达标法计算水环境容量,总体达标计算法采用零维模型进行水质计算,考虑点源污染、面源污染、直接入河的粉尘、底泥污染物的释放、河道水体的自净、水中植物对污染物的吸收等多种影响河道水质的因素,由污染物的质量守恒,得到以下公式:
式中,q上、c上分别为河道上游来水的流量(m3/s)以及水质浓度(mg/l);w为水环境容量(mg/s);q点、c点分别为入河点源污染的流量(m3/s)和污染物浓度(mg/l);q面、c面分别为入河面源污染的流量(m3/s)和污染物浓度(mg/l);f粉为直接入河粉尘所含污染物的质量函数;rs为底泥污染物的释放速率(mg/(m2*d));l为河道长度(m);b为河宽(m);cs为河道出口断面的目标水质浓度(mg/l);k为污染物降解系数(1/d);v为河段内的水体体积(m3);f植为水生植物吸收的污染物的质量函数,与光照、温度、植物种类、种植密度以及水深等因素有关。
7.根据权利要求6所述的一种面向平原城市河网水环境改善的水动力调控阈值确定方法,其特征在于,步骤6进一步包括:
设河道进口断面水流流速为u,进口和出口断面的水深分别为h1和h2,代入步骤5的公式中得:
上式化简得:
式中,若水环境容量w=0,即该河道水体不再能够承受污染物的排放,此时的流速u为能够保证河道水质的流速下限阈值u小,即:
上式中,各符号含义同上。