7河流中的混合过程
河流概论
第一章河流、水系与流域第一节河流河流是在一定气候和地质条件下形成的天然泄水输沙通道，是河槽与水流（挟沙水流）的总称。
我国的河流有江、河、水、川、溪等称谓，如长江、黄河、汉水、四川大金川、湖北香溪等等。
雨水降落地面以后，在重力作用下自高处向低处流动，侵蚀地表，形成沟壑，进而发展为小溪，小溪汇集成小河，若干小河又汇合成为大的江河，最后流入海洋或内陆湖泊。
河水流经的谷地称河谷，河谷底部有水流的部分称为河床。
河水在汇流而下的过程中，不断切割、拓展河槽，使河槽断面沿程扩大，以致河流尺度及其泄流能力愈往下游愈大。
河流对人类生存环境有重大意义，人类通过对河流的开发和利用，不断改善生存环境条件，提高社会生活质量。
河流也不时逞凶作恶、危害人类，如有时河水泛滥、决口成灾，有时淤滩碍航、隔断交通，严重时甚至出现断流，威胁人类社会经济发展和生态平衡。
人类面对自然界的河流，一方面要研究河流的特性与规律，发挥河流的服务功能，设法让河流造福于人类；另一方面也要顺其河性，注意善待河流，与河为友，与河长期和谐共存。
一、河流的分类河流的分类方法很多。
按河流的归宿不同，可分为外流河和内陆河(或内流河)两大类。
外流河最终流入海洋，内陆河则注入封闭的湖沼或消失于沙漠而不与海洋相沟通。
按河流所在地理位置，我国的河流有南方河流与北方河流之分。
一般来说，南方河流水量丰沛，四季常流水；而北方河流，则水量相对贫乏，年际间、季际间水量相差悬殊，有些河流在每年的枯水季节可能断流，而成为季节性河流。
按河水含沙量大小，可分为少沙河流与多沙河流。
少沙河流河水“清澈”，每立方米水中的泥沙含量常在几公斤甚至不足1公斤；而多沙河流，每立方米水中的泥沙含量常在几十公斤、几百公斤甚至千余公斤。
按河流是否受到人为干扰，可分为天然河流和非天然河流。
天然河流纯属自然状态，其形态特征和演变过程完全处于自由发展之中；而非天然河流或称半天然河流，其形态和演变受限于人工干扰或约束，如在河道中修建的丁坝、矶头、护岸工程、港口码头、桥梁、取水口和人工裁弯等。
河流水质数学模型专题讲解
⑤废水中其它还原性物质引起水体的好氧。
河水溶解氧供应的来源有： ①上游河水或有潮汐河段海水所带来的溶解氧。 ②排入河水中的废水所带来的溶解氧。 ③河水流动时，由大气中的氧向水中扩散、溶解。 ④水体中繁殖的光合自养型水生植物（如藻类）， 白天通过光合作用放出氧气，溶于水中。
?
k1L0 k1?k2
(e?1x
?e?2x)
?1
?
u 2E
(1?
1?
4Ek1 u2
)
u
?2
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(1? 2E
1?
4Ek2 u2
)
2.忽略弥散时：
?L ?
?
L e?k1x/u 0
??O? ?
Os
?
k1L0 k1 ? k2
(e?k1x/u
?
e?k2x/u
)?
D e?k2x/u 0
氧垂曲线
D0 Dc
溶解氧
饱和溶解氧浓度
S－P模型的基本假设是：①河流中的 BOD的衰减和溶 解氧的复氧都是一级反应；②反应速度是定常的； ③河流中的耗氧是由 BOD衰减引起的，而河流中的 溶解氧来源则是大气复氧。其基本方程是：
dL dt
?
? k1t
dD dt ? k1L ? k2D
a.斯特里特-菲尔普斯（Streeter-Phelps）BOD －DO模型
0
tc
t
b.托马斯（ Thomas ）BOD －DO模型
对一维稳态河流，在斯特里特 -菲尔普斯模型的基础
上增加一项因悬浮物的沉淀与上浮所引起的 BOD速率
变化 ，才有以下的基本方程组（忽略弥散）：
河流
第十八章河流相§18-1 河流沉积过程及河流分类河流是流水由陆地流向湖泊和海洋的通道，它不仅是侵蚀改造大陆地形和将风化物质由陆地搬运到湖海中去的主要地质营力，而且是大陆区重要的沉积营力。
在适宜的构造条件和沉积背景下，有时甚至可发育上千米厚的河流沉积。
河流相是陆相组中最重要的油气储层，更是我国陆相含油气盆地中的最重要的特色相带之一。
一、河流沉积过程河流沉积过程主要受地形坡度、沉积物类型和输砂量、河水流量和流态以及植被等多种因素的影响。
若其他控制因素相对不变，侧水流流态会影响沉积物的搬运和沉积方式。
常见的水流流态有下述三种类型。
1．层流和紊流（p17.图2－6）层流是水质点运动方向彼此平行、规则成层流动的水流。
紊流是一种充满了漩涡的急湍流动，流体质点运动的运动轨迹极不规则，方向和速度随时间而变化，彼此互相掺混。
紊流水体内有强烈的侧向混合作用，且水层之间发生扰动。
河水流态属于紊流。
水体运动可分解成平行底面和垂直底面的两种运动。
当垂直向上的分力＞泥砂之间的阻力时，泥砂搬运，否则沉积。
2．横向环流└→是由表流和底流构成的连续的、螺旋形向前移动的水流。
在平直河段，水流形成两个对称的横向环流，主流线沿河床中心分布［如图18－1（a）］。
在弯曲河道中，主流线沿河床弯曲。
主流受惯性作用，在凹岸产生塞水现象，形成水面的横比降。
在横断面上，水体两侧受到不等的压力作用，使得底部水流由凹岸流向凸岸，它与由凸岸流向凹岸的河面水流一道构成连续螺旋形前进的单支环向环流［如图18－1（b）］。
表流是辐聚水流，在回岸处产生强烈的下降水流，是冲刷凹岸的主要因素。
底流是辐散水流，使泥砂在凸岸发生堆积。
3．流水作用河流作为沉积物搬运的重要地质营力，可使沉积物发生侵蚀、搬运和堆积作用。
（1）侵蚀作用流水冲刷河床物质，产生垂直地面的下切侵蚀，使河床加深，产生向着河岸的侧方侵蚀，使河谷展宽。
（2）搬运作用河流中沉积物可按悬移、跃移和推移方式进行。
河流与河流地貌
河流与河流地貌河流是地球上重要的自然地貌，对地壳运动、气候、水循环等起着重要的作用。
本文将探讨河流的形成、发展以及其对地貌的塑造。
一、河流的形成与发展河流的形成源于地球水循环过程中的降水和地表径流。
降水经过地表流动，形成小溪和小河，随着降水量的增加和流量的不断增大，逐渐形成河流。
河流发展的主要过程有三个阶段：幼年期、壮年期和老年期。
在幼年期，河流的流速较快，流域地貌相对年轻，河道较为狭窄，具有较大的坡度。
壮年期的河流流域地貌相对成熟，河道较宽阔，河流才是其巅峰期。
老年期的河流流速减慢，产生了许多河道游离物，流域地貌被侵蚀和扩大。
二、河流地貌的塑造河流对地貌的塑造主要表现在侵蚀和沉积作用。
侵蚀作用是指河流通过冲刷、切割、溶蚀等作用改变和形成地貌的过程。
河流流速较快，水流中的砂石颗粒对岩石表面产生冲击和切割作用，携带和运输破碎的物质，进而改变了河道的形态。
在峡谷地区，河流侵蚀削减了岩层，形成了陡壁和峡谷地貌。
在河口地区，河流在与海水交汇的地方，由于水体混合剪切作用，悬浮物质沉降形成了河口地带。
沉积作用是指河流沉积物质在河床和岸边的过程。
由于河流流速减慢，运载能力降低，河流携带的沉积物质开始沉淀下来。
河床上的沉积物会逐渐堆积形成河滩，岸边的沉积物则形成了河岸地覆盖物。
同时，由于河流在流经平原地区时，流速缓慢，游离物质开始沉积，形成了平原地貌，如河漫滩、河岛等。
三、河流与人类活动的关系河流对人类活动具有重要的影响和意义。
首先，河流提供了人类饮水、农田灌溉和工业用水的重要水源。
其次，河岸地貌的平坦和河滩的肥沃土壤为农业生产提供了有利条件。
同时，河流还为人类交通运输提供了便利，河流交通在早期是人类活动的重要方式之一。
然而，随着人类活动的不断发展，河流面临着一系列的问题。
水土流失、河床淤积、水污染等问题不仅影响到水资源的可持续利用，也对生态环境造成了破坏。
因此，保护河流生态环境，实现可持续发展，是人类面临的重要任务之一。
第二章 水流的紊动
普朗特混合长度理论
当同时进入中间流层的来自上面的微团在左、来自下面的微团在右时，它 们将以 2vx 的相对速度相互碰撞，受撞的微团向侧面散开。
当同时进入中间流层的来自上面的微团在右、来自下面的微团在左时，它 们将以 2vx 的相对速度分开，周围的流体将补充进来。
普朗特混合长度理论
用于底壁的切应力 0 hJ
根据理论与实测资料分析得到紊流切应力沿水深按
直线分布：
y
τ
γ(h
y)J
τ0 (1
) h
水力梯度,比降 坡度
z /h
紊动切应力的垂向分布
德国学者L.Prandtl在1925年提出的半经验紊流理 论。至今仍得到广泛的应用。在二元紊流中,由于垂 向脉动流速v′的作用,相邻各层间的流团相互掺混, 参与掺混的流团各自带有原前进方向的动量,随着相 互质量交换产生动量交换,并由此产生紊动，流团在 掺混过程中有一个平均自由行程L。
摩阻流速U*：
U*
ghJ
0
摩阻流速U*反映了水流的紊动情况，广泛应用在泥沙研究 中。
τ0是起动拖曳力，即泥沙处于起动状态的床面剪切力。
0 hJ U*2
（1）对数型流速分布公式，普朗特 （Th.von.Karman-L.prandtl）公式
umax u 1 ln h
8.5
1938年，keulegan(坎莱根)提出如下的对数型断面平 均流速公式：
U 5.5 5.75 lg( RU* )
U*
（水力光滑区） （2-19）
U 8.5 5.75 lg( R )
（水力粗糙区） （2-18）
U*
ks
环境水力学(M3)
求极值
由 可得
dD dx xxc 0
xc
k2
u k1
ln[
k2 k1
(1
D0 C0
k2 k1 )] k1
S－P模型广泛应用于河流水质的模拟预测中。上述结 果可用于是u常数，且u很大，横向混合。
S－P模型的各种修正
• 非稳态模型 • Thamas修正 • Dobbins-Camp修正 • O’connor修正
103o 15 30 45 60 x
由于:
C10
m QuCu Qu Qe1
0.5 3106 15 0.5
Qe1=0.5m3/s Qe2=0.25m3/s 滩地
96770 MPN/100 ml
1
2
Qu=15m3/s
x
Cu=0
C20
Qu
m 2 Qe1 Qe2
0.25 3106 15 0.5 0.25
• 对于一维稳态河流的BOD—DO模型：通用性较强的是 多宾斯—坎普（Dobbins-Camp）模型，它全面地考虑 了河水中溶解的CBOD（或因地表径流引起CBOD的变 化）的迁移和反应，同时还考虑了与此相应的耗氧作用， 大气向河水的复氧作用、藻类的呼吸和光合作用等所引 起的溶解氧变化。
xl c2 (x) c20 exp[k1 V2 ], (x l)
c10
式中：c10
m 1 Q1
0
c20
c10
exp( k1
l V1
)
SD k1
(1
exp( k1
l V1
))
c20 浓度分布图
Q2 Q1
V2
Q2 A2
x
(NEW)高廷耀《水污染控制工程》(第4版)(下册)笔记和课后习题(含考研真题)详解
目 录第9章 污水水质和污水出路9.1 复习笔记9.2 课后习题详解9.3 考研真题详解第10章 污水的物理处理10.1 复习笔记10.2 课后习题详解10.3 考研真题详解第11章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础11.1 复习笔记11.2 课后习题详解11.3 考研真题详解第12章 活性污泥法12.1 复习笔记12.2 课后习题详解12.3 考研真题详解第13章 生物膜法13.1 复习笔记13.2 课后习题详解13.3 考研真题详解第14章 稳定塘和污水的土地处理14.1 复习笔记14.2 课后习题详解14.3 考研真题详解第15章 污水的厌氧生物处理15.1 复习笔记15.2 课后习题详解15.3 考研真题详解第16章 污水的化学与物理化学处理16.1 复习笔记16.2 课后习题详解16.3 考研真题详解第17章 城市污水回用17.1 复习笔记17.2 课后习题详解17.3 考研真题详解第18章 污泥的处理与处置18.1 复习笔记18.2 课后习题详解18.3 考研真题详解第19章 工业废水处理19.1 复习笔记19.2 课后习题详解19.3 考研真题详解第20章 污水处理厂设计20.1 复习笔记20.2 课后习题详解20.3 考研真题详解第9章 污水水质和污水出路9.1 复习笔记【知识框架】【重点难点归纳】一、污水性质与污染指标1污水的类型与特征（见表9-1）表9-1 污水来源及特点2污水的性质与污染指标水质污染指标是评价水质污染程度、进行污水处理工程设计、反映污水处理厂处理效果、开展水污染控制的基本依据。
（1）污水的物理性质与污染指标（见表9-2）表9-2 污水的物理性质与污染指标（2）污水的化学性质与污染指标①有机物有机物的主要危害是消耗水中溶解氧。
在工程中一般采用生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD或OC）、总有机碳（TOC）、总需氧量（TOD）等指标来反映水中有机物的含量。
环评-题目及答案
1、某厂有一台链条炉（烟气中的烟尘占灰分量的80%），装有湿式除尘器，除尘效率为80%，用煤量为1.8t/h，煤的灰分含量为25%，含硫率为2%。
①该锅炉SO2的排放量是（B）A、32000mg/sB、16000mg/sC、40000mg/sD、64000mg/s②该锅炉烟尘的排放量是（A）A、20g/sB、20kg/hC、30kg/sD、25kg/s2、按《大气污染物综合排放标准》规定，某企业100m高排气筒二氧化硫最高允许排放速率为170kg/h，但是，在距该企业100m处有一栋建筑物有105m，则该企业SO2最高允许排放速率为（C）A、170kg/hB、340kg/hC、85kg/hD、200kg/h3、对大气二级评价项目，监测点应包括评价范围内有代表性的环境空气保护目标，监测点数（D）个A、≥4B、≥8C、≥10D、≥64、一级评价的补充地面气象观测应进行为期（D）的连续观测。
A、3个月B、6个月C、10个月D、一年5、空气的水平运动称风，风向指风的来向，用（B）个方位表示。
A、8B、16C、10D、246、风频表征（B）受污染的同率。
A、上风向B、主导风向C、下风向D、次主导风向7、影响大气扩散能力的主要热力因子是（D）A、风和大气稳定度B、温度层结和湍流C、风和湍流D、温度层结和大气稳定度8、影响大气扩散能力的主要动力因子是（C）A、风和大气稳定度B、温度层结和大气稳定度C、风和湍流D、温度层结和湍流9、在风玫瑰图中出现C＝34%，其表达的意思是（B）A、主导风频率为34%B、静风频率为34%C、小风频率为34%D、静风联合频率为34%10、某地年均风玫瑰图，有一风向角为292.5，其具体的风向是（D）A、NNEB、ESEC、NNWD、WNW11、下列关于海陆风的说法，错误的是（D）A、海陆风是由于海陆热量反应差异造成的B、白天下层气流由海洋吹向陆地C、夜间上层气流由海洋吹向陆地D、夜间下层气流由海洋吹向陆地12、主导风向是指（B）A、风频最大的风向B、风频最大的风向角的范围C、风频最小的风向D、风速最大的风向角的范围1、污染物随着污水排入河流后C在河流横向断面上立即与河水充分混合在河流横向断面上只经横向混合一定距离后与河水充分混合经垂向混合、横向混合后与河水充分混合当河流断面上任意一点的污染物浓度与断面平均浓度之差小于平均浓度15%时，可以认为此污染物的浓度已达到均匀分布污染物排入地表水体之后，水体可以在其环境容量范围内，经过水体内部的物理、化学和生物作用，使受纳的污染物浓度不断降低，水质逐渐恢复，此过程称为水体的B污染物降解B、自净C、衰减D、扩散3、污染物在环境介质中通过分散作用得到稀释，分散的机理不包括如下BA、分子扩散B、物理扩散C、湍流扩散D、弥散作用4、河口与一般河流最显著的区别是（C）A、河口的河宽较大B、河口的流速较慢C、河口受潮汐的影响D、河口的径流较小5、对于河流二级评价，一般情况下应调查（B）A、丰水期、枯水期和平水期B、平水期和枯水期C、丰水期和枯水期D、枯水期6、（B）能代表建设项目将来排水的水质特征A、常规水质因子B、特殊水质因子C、底质因子D、其他方面因子7、气温为23℃时，某河段溶解氧浓度为4.5mg/L，已知该河段属于II类水体，如采用单项指数法评价，其指数为（D）。
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河流的水质好坏对直接工农业生产和人民的生活。 自环境问题出现以来，人们对河流污染的预测和 防治进行了大量的研究，已取得了很多成果。
混合：是指污水进入环境水体之后的混掺和输移的过程
河流中的混合过程
污水排入河流之后的混合过程，可以将其划分为三个阶段：
污水与河流的混合过程
（1）第一阶段(垂直混合阶段，也称为初始稀释阶段)
是从排污口开始到污水在垂直方向完全混合为止。该阶 段实际上是一种三维混合过程，只是由于水深（垂向）的尺 度比其他两个方向的尺度要小的多，所以首先完成垂向混合。 混合情况与污水排出时的初始动量和浮力以及排污的位置等 有关： 如果污水排出的流速大于河水流速，则低流速的河水会卷吸 到高流速的污水之中，从而加强了污水的初始稀释。如果排 出的流速较小，可以不考虑这种卷吸作用。 如果污水的密度比河水要小，就有浮力作用，例如热电厂的 冷却水（水温较河水高）要考虑浮力作用。如果污水的密度 比河水大，就有下沉作用。如果两者密度相差很小，就不考 虑浮力和下沉的影响。
排污口的位置有表面排放与淹没排放两类。如果污水
在水下较深处排放，则可利用较大的水深使污水在河流中 达到较好的初始稀释。
在初始稀释过程中，射流的动量和浮力的作用也将随
之减弱，在第二阶段就不考虑其影响。
（2）第二阶段(横向混合段或初始段)
从污水在垂直均匀混合之后算起至河流横向（在断面上） 均匀混合为止。
顺直河流断面完全混合时的距离（河长）：
中心排污：L=0.1VB2/My
岸边排污：L=0.4VB2/My
My为河流横向混合扩散系数。
在本阶段中，初始动量和浮力已经消失，混合取决于河 流中的二次环流和横向紊动的作用。在此过程中，横向的污 染范围逐渐变宽。如果污水的出流是恒定的时间连续源（即 稳态情形）在本段将形成一条稳定的污染带。横向混合的结 果导致达到全断面的均匀混合。
（3）第三ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ段(纵向分散段)
从河流横断面均匀混合以后起算的阶段。
在本阶段中，在横断面上的浓度分布是均匀的，服从 一维纵向分散方程，同时必须考虑污染物质的非保守性。
图5-2
污水与河流的混合过程
第一阶段在排污口附近，称为近区。一般是三维问题， 需要浮力射流理论。 第二、第三阶段发生在离排污口较远的区域，称为远 区。
对三个阶段的划分也不是严格的，因为各个方向的混合并不是 截然分开的，这样的划分只是反映了混合过程各个时期的主要 特征，况且在实际问题中，也不一定都按三个阶段进行处理： （1）污染物质的非射流排放，第一阶段的距离可能很短，可 忽略不计； （2）如果河流的宽度比深度大的多，垂向混合与横向混合相 比可认为是瞬时完成，也可忽略第一阶段； （3）由于河流不太宽，而射流排放的初始动量很大，垂向混 合段很长，污染物质在第一阶段就扩展至全断面，所以 不存在第二阶段； （4）如果进行水质规划，从大范围来看河流的混合，相对说 来，第一和第二阶段很短，第三阶段才是主要的，此时 也可以忽略第一和第二阶段。