平原河网圩区水利工程生态调度方案研究——以苏州吴中城南包围为例

圩区水利工程生态调度是水利领域推动生态文明建设的重要举措,其方案制定是一个多变量、多目标的优化问题。为探索一条平原河网圩区水利工程生态调度方案制定的可复制、可推广路径,以苏州市吴中区城南包围为例,对圩区水利工程生态调度方案设计总体思路进行总结凝练,借助水环境数学模型工具,从定性分析和定量计算角度进行方案优化研究。研究指出:方案设计可遵循确定总体引排格局、提出适宜引水规模、优选引排控导布置的总体思路;槽蓄量变化率、水质改善率可作为反映方案对防洪和水环境影响的综合性比选指标。最终确定优化方案如下:利用石湖、小石河和东太湖为引水水源,运河为排水去向,以15 m 3/s的适宜引水规模,采取运河侧分散泵排降低局部运行水位促使清水自流入城。该方案可达到河道槽蓄量干扰低,水质改善率空间分布均匀的效果。

东太湖湖泊水面萎缩的状况及影响

东太湖是长江中下游地区典型的草型湖泊,是太湖的浅水湖湾和主要出水通道,也是上海市、浙江省杭嘉湖城镇供水取水口的主要来水水源和江苏省吴江市的供水水源地,具有防洪、供水、水生态环境保护和水产养殖等多种功能。近半个世纪以来在自然和人为因素的长期作用下,东太湖水面不断缩小,湖泊形态和水生态环境遭到严重破坏,湖泊衰亡进程加快,其行洪、供水、水生态环境保护等湖泊良好的服务功能无法正常发挥。回顾东太湖的演变历程,初步探讨了东太湖水面萎缩的现状及对湖泊功能的影响,并针对目前规划采取的治理措施提出了几点看法,供湖泊治理参考。

扩大马山内河对改善太湖西北部湖湾水动力及水环境作用的研究

以实测资料为基础,采用湖泊二维水流水质数学模型,研究了扩大马山内河对改善太湖西北部竺山湖和梅梁湖湖湾水动力和水环境的作用,主要分析内容包括湖湾内流场、流速、水质,以及湖湾口水量交换等,以便为太湖水环境综合治理提供参考。

基于拐点理论的引江济太工程规模优选研究

越来越多的水利工程要求从改善水环境角度确定其工程规模,然而由于水环境改善效果的复杂性,目前为止还没有形成较成熟、统一的方法,为了更加科学合理地从改善水环境角度确定水利工程的适宜规模,避免由于水利工程规模过大而带来的投资浪费,以及由于工程规模偏小而导致工程效果不佳和不能充分发挥工程应有效益的问题,基于水环境变量间存在的普遍曲线规律,探讨了利用曲线拐点判别水利工程改善水环境适宜规模的方法,结合具体工程案例分析了拐点理论在水环境综合治理工程中应用的有效性。为水利工程在水环境方面的研究论证提供了一种新的思路。

桥墩群对河道行洪影响的研究-以上海机场快速公交工程为例

以原规划的上海机场快速公交工程（ 以下称“ 磁悬浮工程” ） 为例.磁悬浮工程与白莲泾河道共线31 75 km,121 座桥墩布置于河道内, 并多次不规则与河道小夹角相交, 严重影响了白莲泾河道的防洪、排涝功能的正常发挥,类似工程对行洪影响的研究尚不多见.采用物理模型试验和一维数学模型计算相结合的研究方法, 探讨了复杂桥墩群对河道行洪的影响, 为河道管理和类似涉水建设项目防洪影响评价提供参考.

西岸有效控制对引江济太作用的分析

引江济太多年实践表明,西岸敞开影响了望虞河引江济太能力的充分发挥。根据多年实测资料,初步分析西岸地区对望虞河引江入湖水量水质的影响。通过太湖流域河网水量水质模型,计算分析望虞河西岸有效控制后对提高入湖水量和入湖水质方面的作用。为研究实施望虞河西岸有效控制提供初步的理论依据。

穿湖隧道对太湖大堤变形影响的研究

随着流域经济社会快速发展,长三角一体化、长江经济带等国家战略的实施,环太湖地区城市互联互通促使重大基础设施以隧道方式下穿太湖大堤越来越多。太湖流域地质特点是第四纪沉积物分布广泛,第四系厚度大多在80~130 m,以粉质黏土、重粉质壤土、淤泥质土等软土为主,液性指数0.27~1.50,可塑-流塑。穿湖隧道易对太湖大堤产生地层损失,导致堤防沉降变形。结合无锡至宜兴城际轨道交通工程隧道下穿太湖大堤,提出了降低堤防竖向变形、减少安全隐患的工程措施,可供类似工程设计参考。

提高桥墩阻水试验量测精度的新方法探讨

跨河桥梁布置在河道内的桥墩在河道行洪期间由于桥墩的阻碍作用,水流经过桥墩时需要克服其施加的阻 力,从而影响河道原有的过流能力.天然河流水流流态复杂多变,通常较难获得相同水流条件下有无阻水建筑物对 比的现场测验资料,一般需通过水工模型试验获取相关数据,但由于一般阻水影响量值较小,受现有测量仪器精度 限制,桥墩阻水水工模型试验量测数据难以满足生产和科研的需求.探讨了一种提高桥墩阻水水工模型试验量测 精度的新方法,该方法将类似水工模型试验中对测量仪器精度的要求,通过布置其他试验装置和控制试验时间来实 现,可以解决类似水工模型试验中由于微量变化现有仪器无法准确测量的问题,对类似水工模型试验具有参考价值.

平原河网城市雨水系统排水能力及内涝风险评估浅析

以苏州市相城区某圩区为例,采用Mike系列模型建立排水防涝系统耦合模型,同时考虑平原河网地区城市排水防涝特征,将恒定均匀流推理公式法、水量平衡法等传统推理公式法与数学模型法相结合,评估多种情景下的雨水系统排水能力、内涝风险。结果表明,研究区域现阶段排水防涝系统主要问题在于管网排水能力不足导致涝水无法排入河道引起地面积水,排水防涝措施应首先提升管网排水能力,同时也要注意适当提升河网蓄泄能力,使市政排水和水利排涝标准相匹配,最大程度地发挥平原河网区二级排水系统的综合效益。

数值模拟中微厚透水物糙率处理方法探讨

水利工程数值模拟计算中常需科学合理地概化实际工程中的透水物糙率,以反映透水物对水流的真实影响。对微厚透水物在流体数值模拟中的糙率处理方法进行了探讨,提出了一种新的糙率概化方法,即对原状透水物进行水槽试验,通过假定明渠长度将局部水头损失换算成沿程水头损失,再将换算数值应用于数模计算中。以东太湖吴江区第一水厂集中供水水源地的蓝藻隔离栏为例,通过具体工程实践介绍其使用方法,为不规则孔眼透水物以及使用过程中性质发生较大改变的透水物糙率率定提供了新的思路。

感潮河段桥墩影响评价的高精度二维模拟

在以数学模型对桥墩结构和河道进行网格概化处理中,模型的概化精度、网格与桥墩轮廓的贴合程度都对模型计算效率和成果造成影响。本文采用SMS软件对模型网格进行前处理,并利用MIKE21水动力模型分析了桥墩建设对河道水流的影响。结果表明,经过处理后的模型网格能够更好地贴合桥墩轮廓,模型计算成果可以全面地反映桥墩局部区域的水位和流场的变化情况。

太湖东部地区利用太湖规划建设备用水库实践Ⅰ——以东太湖吴江应急备用水库建设为例

在备用水库的选址、建设规模确定的理论研究的基础上,以东太湖吴江应急备用水库建设为实例,以数模为技术支撑手段,分析和探讨了备用水库在东太湖的位置、合理供水规模的确定等需要关注并亟待解决的问题。

太湖东部地区利用太湖规划建设备用水库实践Ⅱ——以东太湖吴江应急备用水库建设为例

以建立在东太湖的吴江应急备用水库为实例,通过数模手段模拟并计算了建设备用水库对防洪的影响,提出了备用水库对防洪的影响减免措施,同时论证了在非应急时期、洪水期及应急时期的联合调度方案以及基于水质维护的联合调度过程中的工作管理措施。

无锡锡山区宛山湖底泥污染及生态清淤研究

底泥生态疏浚作为生态修复的重要措施之一,已广泛应用于太湖流域水环境综合治理。为解决区域的水环境问题,进一步提高人居环境质量,开展了锡山区宛山湖底泥污染和生态清淤研究。以宛山湖九里河口以北湖区为研究对象,通过对宛山湖基本情况及底泥污染现状调研分析,充分考虑通航和引水需求以及施工深度限制等因素,确定生态清淤范围和工程量。本次疏浚面积为0.75 km^(2),疏浚深度为0.3~1.3 m,疏浚总量为56.82万m^(3),其中底泥清淤34.82万m^(3),航道疏槽22.00万m^(3)。从清淤要求、清淤深度、清淤设备选择、清淤工艺等关键技术点着手制定宛山湖北部湖区底泥清淤方案。通过对先导区污染底泥的生态清淤,有效削减底泥内源污染,促进宛山湖水体水质改善,并为宛山湖水生态修复奠定基础,具有显著的环境和社会效益。

明渠流动条件下单圆墩阻水效应实验研究

该文利用明渠水流的水工模型实验手段探究单圆墩阻水效应空间分布规律及其阻水系数取值新方法。利用高精度超声水位测量系统,采集了墩柱附近特定影响区域内水位过程线,通过分析墩柱周围壅高幅值,验证了阻水效应特性与流态因子之间的新关系。定量分析了墩柱阻水效应的空间影响范围及水位变化的空间分布特征,推求墩柱阻水系数计算的新公式。研究结果可为大尺度河流水动力模拟中桥梁墩柱的概化提供一定参考依据。

明渠流动条件下单圆墩的阻水效应数值模拟

该文利用数值模拟手段探究明渠流动条件下单圆墩阻水效应特征。数值模型基于商用软件Fluent的气、水两相流模块,自由液面的捕捉选取VOF模型。通过分析明渠水流中单墩柱放置前后局部水位差,建立了阻水效应特性与流态因子之间的关系式。定量分析了墩柱阻水效应的空间影响范围及阻水强度,同时通过系列数值实验率定了单圆墩阻水系数经验公式hw* (y*)= Ae?(y*/B)2中的A、B参数,该经验公式由作者通过物理模型实验获得。研究成果可为大尺度河流水动力模拟中桥梁墩柱的概化提供一定参考依据。

自由表面水流数值模拟程序并行化的预处理

并行化计算作为一种提升计算速度的手段被广泛应用于计算流体力学领域。为提升模拟速度,以及针对天然水域超大空间和时间尺度的CFD数值模拟需求,实现多节点分布式并行化计算很有必要。MPI作为目前较为成熟的并行接口是软件并行化的优先选择,其作为一种消息传递接口,通过通信方式实现程序的分布式并行。并行化过程中的并行分析、程序预处理以及通信模式的设计尤为必要。该文通过对自主开发的模拟软件的并行化分析,对预处理程序进行了开发,并设计了可扩展的通信模式,方便程序后续开发。通过分别执行串行程序与多线程并行程序模拟孤立波运动过程,分析并行程序计算的准确性,结果表明:并行计算程序与串行程序计算结果无显著差异,计算精度在10-6量级,且线程数不影响结果。