多尺度分级河网模型在江苏省太湖地区的应用研究

江苏省太湖地区地处长江三角洲地区,河网密布,城镇化率高,水利工程众多且调度复杂,流域、区域、圩区等特点明显,区域防洪、城市防洪排涝、圩区排涝等问题比较突出。由于平原河网水动力模拟模型有其内在的复杂性,大型平原河网的水文—水动力联合模拟通常难以满足模型数据动态更新和多尺度分级模拟要求。利用多尺度智能模型构建思路,针对江苏省太湖地区洪涝问题开展多尺度智能分级模型的构建与模拟,结果表明,多尺度模型能够快速模拟江苏省太湖地区洪涝情况,为江苏省太湖地区洪涝精准调度提供有力支撑。

基于平原河网模型的控制单元污染物允许排放量分配研究

以浙江省台州市黄岩区4处控制断面所在河道为例,建立了该区域水环境数学模型,并对模型进行率定验证。通过率定验证得到水位相对误差在10%以内,氨氮和总磷降解系数相对误差分别在18.2%与18.6%以内,模型计算值和实测值吻合较好。以黄岩区永宁江为例,基于已建立的模型对研究区域的规划年最大允许入河量进行计算并分配至各控制单元,从而指导区域水环境整治。

基于显式有限体积法的一维河网模型

采用显式通量差分裂格式离散圣维南方程组,通过特征线方式处理边界;在局部离散中引入跨临界流熵修正和TVD限制器,以提高模型精度并保证模拟稳定性,最终构建了基于显式有限体积法的一维河网水流模型。经典算例验证表明,所建立的模型能够处理具有激波的跨临界等复杂流态;模型应用于长江南京八卦洲河段,水位和流量的验证表明该模型能够应用于实际的河网,并具有较高的精度,为显式离散方法应用于河网模型提供了一种思路。

变动分流比边界在赣江下游河网模型中的应用

由于数据资料的局限,分流比信息往往作为河网模型边界条件的一种给定方法。文章针对分流节点增加了河网模型相应的处理功能。修改后的模型能够很好地表征分流信息,将其应用到赣江下游的河网模型计算中,获得了和实测数据一致的结果。

里下河河网模型研究及应用

里下河河网模型是在平原感潮河网计算程序①的基础上，针对江苏省里下河地区的除涝、灌溉系统，经过不断的完善、充实，逐步形成适应于里下河腹部地区特点的模型，应用本模型进行里下河腹部地区水文水力计算，以河网计算的方法取代了原里下河地区三库调节的计算方法，可以求得各节点、各河道断面的水位、流速、流量，大大地提高了计算的精度。

一维河网模型在城市截洪沟设计中的应用

通过工程实例分析比较一维河网模型和恒定均匀流公式这两种复核截洪沟过流能力的计算方法,结果表明,一维河网模型的结果,考虑了下游水位顶托,更加符合工程实际。因此利用一维河网模型进行城市截洪沟河网问题的评估,可以有效解决传统经验公式法不考虑下游水位顶托的问题,为其他建成区截洪沟水浸问题解决以及新建截洪沟的方案确定提供思路及借鉴。

平原河网水动力优化调度与水环境改善的响应关系研究

平原河网河道流动性较差是引起水环境污染严重的主要原因,引调水是改善平原河网地区水环境的重要措施之一。本文以佛山市三山围为例,基于实测资料构建了河网水动力水质耦合模型,采用15天的连续水动力水质监测数据对模型进行了验证,并将NSE和RMSE模型评价指标用于模型评价。同时结合地势、潮汐规律和景观水位等设计了4种闸控模式和7种景观控制水位,共28种模拟工况,模拟分析了不同条件下的水动力水质改善与内外江潮位变化、引排水流量及其空间分布、闸控方式和景观水位等综合响应机理。结果表明:构建的模型合理可靠。研究区域受引排水路径的影响,河道流动性差异较为显著。综合考虑河道流量分布、水流路径、分汊河道分流作用和外江污染物浓度等对河道水质的作用效果并有效结合潮汐河网的动态水环境容量和污染源排放的时空分布对水环境的改善作用将非常显著。与低景观控制水位相比,高景观控制水位的内江动态水环境容量相对较大,污染物浓度较低。景观控制水位从0.2 m上升至0.8 m时,不同引调水路径的引水流量上升28.00%~64.70%,断面氨氮浓度削减了0.85~5.50 mg/L,削减比例达到28.89%~67.23%。本研究为平原潮汐河网水环境优化调度研究提供了新的思路,为相关部门对平原河网的水环境改善提供了重要的参考。

基于一维河网模型广昌水闸改扩建工程参数分析

为了确定广昌水闸改扩建工程的规模与参数,提高工程建设效益。根据区域河网的实际情况,建立一维河网模型,对水质、水动力等参数进行分析。结果表明:闸泵综合调度条件下,河道内Ⅴ类水质基本经过60小时,即3天半左右即可达到Ⅱ类水质。综合分析确定,泵站设计流量采用50 m^(3)/s,以达到最佳的投入产出比。

分支河流体系河网形态演变规律——以格尔木河流扇为例

为了探索分支河流体系河网分布规律,为创建储层建模训练图像提供知识库信息。利用Google Earth、Global Mapper、91卫图助手等现代地理信息软件,系统测量了现代格尔木河流扇表面河道分叉特征,应用Horton定律和分形方法建立了河流扇的河网形态模型。结果表明:①格尔木河流扇从顶点到入湖段共识别出26级河道,882个节点和2162个河道段,泉线上、下的河道表现出不同的河网形态;②泉线上部共发育64个节点,每级河道数目增长是上一级河道的R_(B)=1.8900倍,每级河道平均长度是下一级河道的R_(L)=1.0095倍,即河网形态特征参数R_(B)=1.8900和R_(L)=1.0095;泉线下部共发育818个节点,每级河道数目增长是上一级河道的R_(B)=1.0279倍,每级河道平均长度是下一级河道的R_(L)=0.9899倍,即河网形态特征参数是R_(B)=1.0279和R_(L)=0.9899;③河网形态特征参数受坡度影响变化较大,坡度较大则河网形态特征参数较大,坡度较小则河网形态特征参数较小。河网形态特征参数定量表征促进了分支河流体系沉积学发展,为开展陆相盆地储层建模和砂体预测提供了新的知识库信息.

水量调度对平原河网能量影响分析

平原河网水动力条件相对较差,水质问题较为突出,为改善平原河网地区水环境状况,选取江苏省无锡市滨湖河网2018年洪季和枯季19个断面水文水质监测数据,基于MIKE21滨湖河网水动力-水质模型及Python能量计算模型,探究能量耗散规律以及能量、水质间的关系,并确定最佳调水流量区间。结果表明:滨湖河网水质浓度与河流能量显著负相关;一定调水流量的增加使得河流总能量随之上升,能量到达阈值后,随调水流量的上升,河流总能量呈降低趋势;在能量目标层面上优选引调水方案,能有效协调引调水过程中存在的异质性因素,确定逐日最佳调水流量区间及河网总能量最佳区间,提供流量优化调控方案,保障平原河网水动力与水环境条件。

长江中下游平原河网地区畅流活水方案研究

新时期下水环境治理从单一的水环境污染治理转向“三水统筹”,本文以常熟市城区为研究对象,通过河网水动力数学模型对全城活水、分区活水和局部强化活水三大类型的畅流活水方案进行了模拟研究。结果表明,周期性开闭闸门、自流引清、有序冲排的方法能有效增强河流水体流动性,为改善城区水环境质量提供保障,并为其他长江中下游平原河网地区实现“三水统筹”提供了新思路。

基于水动力模型的南通市通吕运河泵站排涝规模计算与分析

为合理确定南通市通吕运河泵站双向运行改造工程中泵站的排涝规模,通过水动力数值模拟的方式,对南通市九吕水利分片内的河网水系进行概化,建立了区域水系的一维河网水动力数学模型。计算、预演并研究该区域在不同泵站排涝流量工况下,遭遇20年一遇的设计降雨叠加10年一遇的设计潮型条件下的洪水演进过程及特征点最高水位,结合模型结果确定泵站合理排涝规模为75m^(3)/s,研究可为类似泵站改造工程中泵站排涝规模的确定提供一定的设计依据与参考。

小流域联合调度优化模型应用研究——以浙江省长兴县泗安塘为例

鉴于小流域水网和地势复杂多变,且涉及水利工程种类繁多,探索一种能考虑多因素的全局分析模型是十分必要的。为此,以涵盖山区和平原的泗安塘小流域整治工程为例,构建了泗安塘流域概化河网模型,并通过洪峰模数和洪水位进行了模型率定;在概化河网模型基础上,提出了“水库—泵站—桥梁—河道”联合调度优化模型,并采用遗传算法搜索出能满足流域规划要求的最优过流方案;最后结合河道和周边现状,明确了相应流域整治措施。经调查,该工程在设计水平年内取得了良好的防洪排涝效益和社会效益,可以小流域整治工程提供参考。

自适应随机搜索算法在河网数学模型糙率反演中的应用

介绍自适应随机搜索(ARS)算法的基本原理,并以泰州市河网为例,测试了ARS算法在资料受限条件下河网模型糙率反演的表现。结果表明,ASR算法能够自动优选出河网大多数河段的糙率值,得到较好的水位流量拟合效果。

一维不恒定流河网数学模型研究与应用

河道中洪水数值模拟主要用求解描述洪水波运动的圣维南方程组,依数值计算解法不同而产生了不同的模型.在海河流域大清河北支及中下游河道洪水数值模拟的实际工作中,应用了一维河网模型进行洪水的模拟计算,并根据实际情况加入了蓄滞洪区调度、泄洪闸控制调度以及近年来北方河道入渗的特点等条件,计算效果良好.现对模型的理论基础和解法以及实际应用经验作一简述.

湖泊-河网耦合水动力水质模型研究

根据太湖地区水系复杂、湖泊众多、河道水流方向复杂多变且受到人为干扰的特征,基于一维河网水质模型,二维湖泊水质模型,采用有限控制体积法获得离散的水动力学和水质模型控制方程,通过河网与湖泊连接断面上河流的流量、水位、水质与湖泊的流速、水位和水质耦合求解,解决了河网湖泊水质模型的耦合,并将闸站控制对河流湖泊水动力水质影响过程进行了时间空间的线性化处理,以边界条件方式将闸站控制带入模型代数方程中进行统一求解,建立了适合于太湖流域的湖泊河网耦合水动力水质模型。采用太湖典型流域河网区2007年实测水文水质资料对耦合模型进行率定和验证。结果表明,模型计算值与实测资料吻合较好,该模型适用于复关杂键湖泊词:-河河网网区水的质水模动型力;和模水型质耦变合化;的太模湖拟和研究。

一维河网模型断流问题研究

在枯水季节的河网中,常常存在断流的问题。为了计算河网区域水沙数学中断流对分流量以及冲淤量的影响,本文提出了一种修正零流量法来模拟河网中的断流现象。该方法综合了虚拟断面法和零流量法的优点,可以根据断流判定条件修正汊点矩阵。这种新的断流计算方法被应用于荆江洞庭湖河网区域,模拟了三口的分流规律,并取得了较好的结果。该方法可以有效避免虚拟断面法枯水季分流量过大和零流量法易致汊点矩阵奇异。

河网数学模型在水环境治理中的应用

采用圣维南方程组,并利用节点水位控制法,建立河网一维水流数学模型。并以张家港城区河网为对象,应用该模型进行了水环境治理工程对策的研究。根据数值模拟结果,提出引水排污的具体方案,为水环境治理工程提供了设计依据。该河网数学模型同样适用于其他沿江城市河网的水环境治理工程对策的研究。

珠江三角洲地区河网水动力学模型研究

对珠江三角洲河网区河道进行了概化 ,利用一维非恒定流基本方程组、河网节点连结方程及边点方程建立了珠江三角洲河网区水动力学模型 ;将参加计算的方程分成微段、河段、汊点三级 ,采用逐级处理再联合运算的方法 (即所谓的三级联解法 ) [1] ,求得河网中各计算断面的水位、流量等值 ;利用丰、平、枯三期的实测资料对模型参数进行了率定。率定后的模型计算值和实测值吻合较好。

福州内河河网精细水流水质数学模型研究

文章在前人研究的基础上,根据感潮河网地区水体的水动力、水质特性,建立了河网一维水动力和水质模型,并进行了模型验证。结果表明水动力模型计算值能够较好的吻合实测值,能正确反映涨落潮趋势,水质模型能正确反映污染物受涨落潮影响在河网内回荡的变化情况。本研究成果对解决福州市水环境问题提供了一定的理论基础,具有一定的指导意义。