基于Flow-3D的多阶明渠工程数学模型研究

[目的]研究灌区多级阶梯明渠水流的水动力特性及泥沙淤积问题,并评价其对多阶明渠工程的影响.[方法]基于VOF方法,在Flow-3D平台上建立了山东省德州市牛角店输水工程的三维数学模型,通过模拟不同工况下的三维多阶明渠水流,对比分析水流流速分布、水面线变化及渠底泥沙淤积情况.[结果]水流流态平稳后,最大流速出现在第二级阶梯上,挟沙水流流速较清水流速大0.50~0.86 m/s;在挑坎及第二级阶梯上,水面线变化幅度较大;随着时间推移,泥沙主要淤积于挑坎前及第三级阶梯底部,200 s时淤积厚度最高达0.143 mm.[结论]在牛角店输水工程施工及后期运行中,适当加固第二级阶梯渠底,提升第二级侧墙高度,并通过调控下游水位以保证灌渠的安全运行.

洋河水库流域非点源污染迁移特性及流域数学模型的构建

【目的】分析河北秦皇岛市洋河水库流域N、P等主要污染元素的迁移特性,为洋河水库流域非点源污染入库前的治理提供参考。【方法】采用SWAT(soil and water assessment tool)模型,对秦皇岛市洋河水库流域内2008-2014年的径流及污染物迁移情况进行模拟,同时借助SWAT中的部分模块功能,应用Fortran语言建立流域污染物迁移扩散数学模型,模拟计算2015年流域污染状况并验证模型精确度。【结果】在2008-2014年,洋河水库流域年均非点源污染流失总量中,TN负荷总量为845.96 t,流失率为10.6%,其中有机氮负荷总量占91%;TP负荷总量为240.56 t,流失率为6.4%,其中有机磷负荷总量占40%,有机态污染物负荷量的空间分布与产沙量基本保持一致。数学模型计算结果表明,东洋河入口处2015年TN、TP质量浓度计算值分别为11.62,0.032 mg/L,TN、TP质量浓度实测值分别为10.80,0.024 mg/L,其中TN质量浓度模拟的相对误差为7.59%,TP质量浓度的绝对误差仅为0.008 mg/L。【结论】洋河水库流域内的有机态污染源是主要流失源,其中有机氮、有机磷主要通过土壤流失入河;经验模型模拟对洋河水库流域径流及污染状况的模拟精度较高,可以满足区域非点源污染的治理需求。

基于SWAT-WASP耦合的东洋河流域水质分析

为分析东洋河流域的水质状况,利用SWAT-WASP松散耦合模型对东洋河各子流域及其河道的氮污染负荷进行了模拟。通过SWAT模型模拟污染负荷的分布情况,分析不同土地利用类型及坡度等级对氮负荷的影响,并将SWAT模型氮负荷量及月流量的输出值作为WASP模型污染负荷的输入值,以实现SWAT-WASP模型的松散耦合,进而完成对东洋河河道氮污染负荷的模拟。从SWAT模型结果分析,耕地、居民用地污染负荷较大,是流域氮污染负荷的主要来源。通过SWAT-WASP耦合对河道水质状况进行分析可知,勃塘沟支流水质情况最差,总氮、有机氮污染浓度最高,且41号河段入库浓度指标均高于Ⅲ类水标准要求。

唐山市古冶区地下水数学模型研究及应用

基于地下水动力学理论,建立了唐山市古冶区地下水数学模型,并对模型参数及边界条件进行确定。通过模拟得到研究区域内全年地下水变化情况及其流场分布,其中水位变差及地下水流向与当地实际相符,说明该模型合理、可靠。同时计算得到研究区域内近年地下水补排量,将其与储变量比较可知,在近年取排水条件下,地下水供给难以满足当地取水需求。对此,在不同径流量保证率下,提出相应的建议采水方案,以保证唐山市古冶区地下水取水需求。