申请/专利权人：广州打捞局

申请日：2023-05-26

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN116856369B

主分类号：E02B15/08

分类号：E02B15/08;E02F5/30;E02F5/28;G06F30/28

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2023.10.27#实质审查的生效;2023.10.10#公开

摘要：本发明涉及环保疏浚技术领域，尤其涉及一种基于气泡幕阵列的防污扩散方法及系统。通过气泡幕阵列实现泥沙泄漏浓度的控制，获取现场水域深度、水体表面泥沙随流扩散速度以及浑水泥沙浓度，根据现场水深和水体表面泥沙随流扩散速度，确定第一列气泡幕单宽供气量，根据现场水深、气泡幕单宽供气量和浑水泥沙浓度，结合气泡幕作用下泥沙浓度随流扩散计算，确定下一列气泡幕位置的泥沙泄漏浓度，根据下一列气泡幕位置的泥沙泄漏浓度是否超过设定阈值，若超过设定阈值，开启该列气泡幕，并重新确定第三列气泡幕位置的浓度，直至泥沙泄露浓度满足要求，根据疏浚工程现场情况，合理设置气泡幕的供气量以及开启数量，有效防止泥沙泄漏。

主权项：1.一种基于气泡幕阵列的防污扩散方法，其特征在于，应用于一种基于气泡幕阵列的防污扩散系统，所述基于气泡幕阵列的防污扩散系统包括测量装置、控制装置以及气泡幕阵列，所述控制装置包括数据存储模块和数据处理模块，所述数据存储模块存储有气泡幕单宽供气量计算公式、气泡羽流计算、气泡幕水平流任一点流速计算公式以及泥沙颗粒随流扩散稳定浓度计算对应的处理程序：所述测量装置，用于测量现场水域深度h、水体表面泥沙随流扩散速度um以及浑水泥沙浓度cm并传输至所述控制装置；所述控制装置，用于接收现场水域深度h、水体表面泥沙随流扩散速度um以及浑水泥沙浓度cm，通过所述数据处理模块结合所述数据存储模块中存储的处理程序获取气泡幕单宽供气量与气泡幕开启数量对应的动作信息，并传输至气泡幕阵列；所述气泡幕阵列，用于接收气泡幕单宽供气量与气泡幕开启数量对应的动作信息并执行调整气泡幕供气量与开启对应动作信息数量的气泡幕；所述气泡幕阵列包括多列平行布置的气泡幕；所述方法包括下述步骤：步骤1：获取现场水域深度h、水体表面泥沙随流扩散速度um以及浑水泥沙浓度cm；步骤2：根据步骤1获取的h和um，确定第n列气泡幕单宽供气量所述气泡幕单宽供气量通过以下公式获取： 其中，g表示重力加速度；hatm为标准大气压水头；步骤3：根据获取的h、和cm，结合气泡幕作用下泥沙浓度随流扩散计算，确定第n+1列气泡幕位置的泥沙泄漏浓度c；所述泥沙浓度随流扩散计算包括如下步骤：步骤3.1：根据h和第n列气泡幕单宽供气量通过气泡羽流计算，获取气泡羽流中心处垂向时均速度垂向速度分布标准差σ和紊动粘滞系数μt；所述气泡羽流计算具体为：所述气泡羽流计算根据h和第n列气泡幕单宽供气量由无量纲羽流动量方程和无量纲动能方程，结合紊动粘滞系数计算公式，确定σ和μt；所述无量纲羽流动量方程为： 式中，k为气泡羽流水质点脉动动能垂向分量与时均动能垂向分量之比；λ表示为气泡羽流时均速度分布标准差与时均质量分布标准差之比；υ、ζ、ξ均为无量纲参数；所述无量纲参数υ表达式为： 式中，Δw为相对于羽流的气泡滑移速度；所述无量纲参数ζ表达式为：ζ＝zh*；式中，z表示为水深高度；h*为标准大气压水头hatm与现场水深h之和；所述无量纲参数ξ表达式为： 所述无量纲动能方程为： 式中G表达式为： 式中，I为经验常数项；所述紊动粘滞系数计算公式为： 式中表示为垂直流速分量时均值，且满足步骤3.2：根据结合气泡幕水平流任一点流速计算公式，确定表层水平流速u；所述气泡幕水平流任一点流速计算公式为： 式中，x为表层水平流任一点位置到气泡幕的距离，z为表层水平流任一位置到水底的高度，umax为表层最大水平流速度；所述表层最大水平流速度umax表达式为： 步骤3.3：根据cm、和u结合σ和μt以及泥沙颗粒随流扩散稳定浓度计算公式，确认第n+1列气泡幕位置的c.所述第n+1列气泡幕位置的c是通过以下方法确认得到： 式中，c为泥沙泄漏浓度；m为随水平流扩散浓度计算的单位长度线源强度，m＝FsFtc0；其中，随水平流扩散浓度计算的源浓度Dth为水平流内紊动扩散系数，U为水平流内平均流速，上式中：上式中，m′为随气泡羽流扩散浓度计算的单位长度线源强度；Dtv为羽流内紊动扩散系数，W为气泡羽流垂向平均速度，所述随气泡羽流扩散浓度计算的单位长度源强度m′表达式为：m′＝FsFtcm；式中，Ft为时间上的傅里叶变换；Fs为空间上的傅里叶变换；步骤4：判断第n+1列气泡幕位置的c是否超过设定阈值，若超过设定阈值，开启第n+1列气泡幕；步骤5：重复步骤2至步骤4的方法，依据已经确定的各气泡幕的数据计算后续各列气泡幕位置的c值，直至c值满足设定阈值要求，完成气泡幕阵列的防污扩散设置。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 广州打捞局 一种基于气泡幕阵列的防污扩散方法与系统

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