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南水北调输水过程中必须保证水质安全。南水北调中线渠道大部分是明渠,同时东线以京杭大运河为主河系众多,输水过程中长距离开敞水面的存在使得突发水污染的隐患很大。本文以南水北调输水渠道突发水污染事件为研究对象,以漂浮性油污和可溶性污染物为代表,研究固定式和移动式处置装置的水力学特性,并对其工作过程中的抽取收集范围、流动工况和受力情况等进行了分析,从而为应急响应处置的合理设置提供相应的技术支持。 本文首先针对大面积的溢油事故,选择动态曲面式收油机作为模拟对象,通过模拟研究其工作时水面上浮油流动变化情况和油膜破裂情况,分别对单一收油机工作时收集油污的效果和加上围油栏后回收油污的变化情况作了对比。针对渠道存在突发成品油污染的可能情况,利用应急处置船上安装的除污泵和吸附流化床,跟踪抽取污染团。通过模拟掌握在不同工况下油膜流动情况与破裂程度。随后对水面波动情况下移动应急船的油污收集效果进行了模拟,为在长输渠道中突发水污染事故的情况下,使用移动应急船进行处置的可行性提供了参考。 南水北调输水渠道突发水污染时,急需利用移动处置装置高效、迅速地去除污染物以保障供水安全,为此必须设计新型处置装置。本文完成了该新型处置装置的水力计算和工况分析部分工作,通过适当选择潜水泵型号和流化床参数,来进行涉及抽水管长度、间距和抽水速度等多因素下的九种布设方案下的流动分析,通过FLUENT模拟研究各处置方案的优劣,得出了多台潜水泵联合工作时的速度分布情况和抽水作用范围,从而对处置装置在不同方案下的布设情况进行了优化分析。根据上述模拟得出的数据,基于多元非线性回归方法,建立了适合实际渠道中突发水污染时快速计算此装置合理布设方案的经验公式。 突发水污染事故中固定处置是非常重要的手段,据此研发的固定悬挂式吸附点阵方案,可以保证在不中断输水情况下实现污染物的部分去除。本文以南水北调中线京石段(白云庄桥至蒲阳河节制闸间渠段)为例,针对2014年3月实施的“水质水量多目标调度及应急调控技术与示范项目”工程示范渠道,进行了固定悬挂式吸附点阵在渠道通水运行时多种工况下处置方案的设计。并对每一种处置方案对应不同通水工况下吸附点阵的受力情况进行了分析和计算,得出了悬挂固定吸附点阵的钢索最大张力值和锚索的受力情况,确定了其安全荷载范围和悬挂吸附帘的面积,为吸附点阵方案能否在不同输水流量下的安全固定提供了科学依据,而这正是该固定处置方案能否实施的关键。并计算了吸附点阵布置渠道后可能引起的上游壅水高度和壅水长度,保证该处置方案在工程上实施的同时不会对渠道自身结构安全造成破坏。最后在对工程示范结果总结分析的基础上,给出了吸附点阵用固定钢索选型计算原则,为未来吸附点阵布设过程中钢索规格的选择提供参考。