不同河道边界溢油吸附试验研究

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我国内河航运飞速发展,内河溢油事故的风险在逐年上升,溢油事故发生会污染水体的生态环境,危害人类健康。早期研究的重点多集中在海洋上,针对内河的研究较少。河道溢油污染相较于海洋环境的溢油来说,河道宽度较小,溢油有更大的几率接触河道边界;内河溢油受局部河道平面形态、水面宽度较小及局部水力特性等影响,将在河道水流交换较慢的滩地、回水沱、凹岸边界等局部河段吸附靠岸,河岸对溢油的吸附作用更加突出。本文通过概化河岸溢油吸附试验,塑造多种河岸边界开展静水封闭水域试验,分析溢油在水面扩展、接触河岸被吸附的过程,研究多种河岸类型吸附特性的区别及机理,确定了适用溢油模型吸附模快的吸附量变化关系式和吸附量衰减关系式,为预测溢油在河岸区域的行为归宿提供参考依据。本文的研究内容如下:(1)建立了概化河岸溢油吸附试验模型,对试验场地进行了隔绝自然光源的处理,并对试验场地的光源、图像采集装置、河岸的塑造、溢油量的确定及试验后废油处理等方面进行了设计。对粘度不同的润滑油进行大量预试验后确定了试验油品的处理方法,配置了适用于本次试验图像处理的润滑油。(2)本次试验图像处理选用Image J软件,基于图像处理技术开展了水面油膜灰度-厚度关系的率定试验,通过大量试验确定了试验所用油品的灰度厚度关系式,通过图像采集油膜的灰度即可反算出油膜的厚度,为之后吸附试验中灰度的测量打下了基础。(3)开展概化河岸溢油吸附试验,设计塑造了混凝土(基岩)、植被、卵石及沙质边界,在各个河岸类型的工况设置了一系列的溢油量,探究溢油量的变化对河岸边界吸附的影响。使用摄像头对油膜的扩展及吸附过程的图像进行采集,使用Image J测量了油膜的灰度,对试验中油膜面积、灰度、厚度的变化过程进行了观察分析,验证了率定试验中得到的油膜灰度-厚度关系式。对同种河岸类型不同溢油量下的面积、灰度变化过程进行了对比,油膜的灰度、面积的变化率与溢油量呈正相关。油膜的面积在溢油接触水体后扩展速度较快,在扩展过程中面积的变化率呈现衰减的趋势。油膜的灰度随着试验的进行不断增大,灰度的变化率也不断衰减,最终趋于稳定。(4)通过率定的灰度厚度关系式对油膜的厚度进行反算,计算河岸边界的吸附量,得到了吸附量随吸附时间的变化过程,吸附率随着吸附过程的进行不断衰减;对不同河岸类型吸附过程进行对比,发现在相同的溢油量下吸附能力植物边界>沙质边界>卵石边界>混凝土边界。(5)基于不同河岸的吸附量的变化过程对河岸的吸附机理进行了分析,由于溢油吸附是一个连续的过程,油膜与河岸界面处油膜厚度在不断变化,考虑此因素提出了概化单位溢油体的概念,并基于此率定了河岸吸附量随时间变化关系式及吸附量衰减关系式,为河岸吸附量的计算分析提供了依据。
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