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计算复氧系数k2-上海环境科学集23辑

【摘要】:表1 环形水槽不同流速下河水大气复氧系数k2 的实测值国外有许多学者通过对天然河流中的溶解氧进行实地观测,最终拟合分析得到复氧系数与平均流速和平均水深的关系式。此外,试验水槽为环形水槽,在流速较大时槽内水体紊流效果很好,在某种程度上可以看作箱式的完全混合模式,复氧系数大于实际河流的复氧系数。

大气对水体复氧,复氧速度与水体内的氧亏成正比,符合一级反应动力学

式中,t——时间,d;

O、OS——t 时刻溶解氧浓度和该温度下的饱和溶解氧浓度,mg/L;

Dt——t 时刻的氧亏,mg/L;

kL——表面传质系数,m/d;

k2——复氧系数,d-1

H——水深,m。

对上述方程进行积分运算,得出:

ln(Dt)=ln(D0)-k2t,Dt=e-k2t

式中,D0——初始时刻的氧亏值,mg/L。(www.chuimin.cn)

河水的大气复氧试验在实验室内进行,室内温度为25℃左右,该温度下氧气在水中的饱和浓度值为8.26 mg/L,将试验数据进行对数转换,绘制散点图,并进行直线拟合,计算不同复氧试验组的表面传质系数和大气复氧系数,结果见表1。

表1 环形水槽不同流速下河水大气复氧系数k2 的实测值

国外有许多学者通过对天然河流中的溶解氧进行实地观测,最终拟合分析得到复氧系数与平均流速和平均水深的关系式。根据实验室水槽的深度和试验时所设置的流速,挑选适用计算k2 的经验公式,这些经验公式及其适用范围见表2。动态复氧试验中水槽的水深为0.25 m,槽内流速在0.09~0.38 m/s,该条件与前4 个经验公式适用范围只有部分交叉,与最后一个公式的适用范围完全重合。采用这5 个经验公式,计算不同流速下河水的大气复氧系数值,并与动态试验的实测值进行比较,结果见图5。

从图中曲线可以看出,与O’Connor and Dobbins和Jsaacs and Gaudy 公式的计算结果相比,在流速较低时,二者吻合的效果较好;在流速大于0.21 m/s 后偏离较大,而与另外3 个公式的吻合度较好。原因可能在于公式是在河道现场进行,水深也远远大于实验室水槽的设置。此外,试验水槽为环形水槽,在流速较大时槽内水体紊流效果很好,在某种程度上可以看作箱式的完全混合模式,复氧系数大于实际河流的复氧系数。

图5 不同流速下k2 的经验公式计算值与实测值

表2 各经验公式及其对水体的适用范围