研究污染物排放到环境水体中的扩散混合特征,在工程实践中,如污水排放管和扩散器的设计、排放水域和排放方式的选择、水质预测和水资源规划及保护等都具有十分重要的指导意义和实际价值。本文首先对目前国内外的浓度测量方法进行了归纳和分析,并确定利用定量的数字图像处理技术作为本文的浓度测量方法。然后采用物理实验与数值模型模拟相结合的方法,对水体中污染物排放浓度场的分布规律进行了研究。物理实验部分,重点建立了实验室里水体中污染物浓度的测量方法,此种方法较为科学准确,为实验室里水体中污染物浓度的测量提供了一种实用的方法。具体测量过程分为污染物浓度的标定和水槽实际测验两部分。在污染物浓度的标定实验中,分别在静水和动水两种状态下对污染物浓度进行了标定,并得到污染物浓度与图像灰度的关系曲线。对比两个关系曲线,分析发现污染物动水标定的实验过程在仪器布置等外界条件方面更接近实际水体中污染物排放时浓度场分布的水槽实验,所以选用动水标定的关系曲线作为计算浓度-灰度的对应关系曲线。在水槽测验中,采用不同来水流量和污染物排放流量进行了速度场和浓度场分布的测验,测验结果表明:(1)在一定的污染物排放流量的情况下,随着来水流量的增加,污染物排放口附近流速方向越来越接近X轴方向,且污染物的排放对环境流场的影响也越来越小;(2)在一定的来水流量的情况下,随着污染物排放流量的增加,污染物排放口附近流速方向越来越偏离X轴方向,且污染物排放口附近的流场变化越来越明显,即环境流体受到污染物排放的影响也越大。(3)在一定的污染物排放流量的情况下,随着来水流量的增加,浓度等值线逐渐向中间收缩,且扩散宽度越来越小,同时浓度轨迹线在排放管口附近逐渐向水槽左侧偏移;(4)在一定的来水流量的情况下,随着污染物排放流量的增加,浓度等值线逐渐向两侧扩张,且扩散宽度越来越大,同时浓度轨迹线逐渐向水槽右侧偏移。数值模拟部分,利用MIKE3软件对水体中污染物排放的速度场和浓度场分布进行了数值模拟,并用物理实验测量的水位数据、流速数据和浓度数据对数学模型进行了验证,验证结果较好。在此基础上,用数值模型模拟了不同工况下(与物理水槽实验工况相同)水体中污染物排放的浓度场分布,模拟结果表明:(1)在一定的污染物排放流量的情况下,随着来水流量的增加,区域内速度场发生了变化,具体表现为,整体流速不断增加,污染物排放口附近的流速减小区域越来越小,流速的方向越来越接近X轴方向,而速度场的变化导致了区域内的浓度场也发生了相应的变化,即浓度不对称区域逐渐减小,浓度等值线逐渐向中间收缩,且扩散宽度越来越小,同时浓度轨迹线在排放管口附近逐渐向水槽左侧偏移;(2)在一定的来水流量的情况下,随着污染物排放流量的增加,区域内速度场发生了变化,具体表现为,污染物排放口附近的流速减小区域越来越大,同时在污染物排放口附近流速的方向越来越偏离X轴方向,而速度场的变化导致了区域内的浓度场也发生了相应的变化,即浓度不对称区域逐渐增大,浓度等值线逐渐向两侧扩张,且扩散宽度越来越大,同时浓度轨迹线在排放管口附近逐渐向水槽右侧偏移。