不同来水条件下洞庭湖二维水动力水质模拟

为研究不同来水条件对洞庭湖水动力水质的影响,本文构建了洞庭湖二维水动力–水质耦合模型,通过改变模型水动力边界和水质边界过程,模拟并分析了江湖水量交换变化和入湖污染负荷变化下洞庭湖水动力水质的响应过程,研究结果表明:① 三峡运行后三口入湖水量、江湖连接处的水力特性发生变化,进而影响湖区水动力水质的时空分布情况,如10月份三峡进入蓄水期,入湖水量减少,湖区TP、TN浓度整体呈上升趋势,但由于长江干流来水减少,出湖口水力坡度加大,东洞庭湖站至出湖口区域的TN、TP浓度有明显的减少趋势;② 当保持基准年入湖流量过程不变,使入湖污染负荷量整体减少10%时,西洞庭湖北部、南洞庭湖南部区域TP、TN浓度下降幅度较明显,东洞庭湖站6、7月份,万子湖站5、10月份TP将达到III类水标准,东洞庭湖站9月份、小河咀站7~10月份TN将达到III类水标准。

二维水动力模型在防洪影响评价中的应用研究

为了探究二维水动力模型在防洪影响评价中的实际应用效果,文中建立了连云港至宿迁高速公路跨新沂河特大桥上下游河道二维水动力模型,计算得到不同频率洪水条件下桥前壅水高度、壅水长度及桥址附近流场图。经分析,新沂河特大桥建设会造成桥前局部区域水位壅高、流速减小,桥孔及近岸流速略有增加。二维水动力模型计算成果基本合理,可以应用于防洪影响评价项目中,为桥梁建设方案提供理论依据。

二维水动力模型在滩岸环境整治工程洪水影响评价中的应用

河道水力学计算和数值模拟是建设项目防洪与河势影响论证的重要基础。文章选用非结构化三角形网络进行数值模拟,采用实测水文资料率定和验证,构建基于MIKE21的二维水动力模型,分析工程建设对河流防洪形势的影响。模型在汉江干流老河口段岸线综合整治及生态修复工程(上游段)中进行了应用,准确模拟了工程建设前后汉江干流水位、流速、流态的变化,分析了工程建设对河道行洪安全、河势稳定的影响。模型在滩岸环境整治工程洪水影响评价中具有较好的适用性。

基于河道二维水动力模型的防洪影响研究

为研究三河渡大桥建设对淮河入江水道水文情势及河势的影响,构建河道二维水动力模型以分析桥梁桥轴线与二维水流方向的夹角,模拟桥梁建设前后入江水道水位、流速、流态等水力条件的变化情况,并分析了河道疏浚措施对消除工程壅水影响的效果。结果说明,工程建设对入江水道沿线水位、水流流态的影响主要集中在桥位附近,呈向上下游递减趋势,通过河道疏浚可减少工程建设对水位抬升的影响。研究成果可为类似工程跨越宽阔水域的防洪影响分析提供参考。

二维水动力模型在蓄洪区洪水影响评价中的应用研究

蓄洪区运用不同于一般河道行洪,无法给定某一洪水标准下具体位置确定的水位流量,因此目前广泛采用二维水动力模型进行计算,在进洪全过程中分析工程建设对蓄洪区运用可能造成的各种不利影响,从而为洪水影响评价结论提供可靠的支撑。

基于二维水动力模型的溃坝洪水数值模拟研究

【目的】研究水库溃坝洪水影响。【方法】以辛庄水库为例,通过建立二维水动力模型,模拟了不同溃决方案下溃坝洪水演进过程,计算了下游高速铁路处淹没水深、流速、冲刷深度等,分析了溃坝洪水对下游高速铁路的安全运行影响。【结果】水库未溃决时,溢洪道最大下泄洪水能够正常通过铁路涵洞,对下游工程影响较小;水库大坝正面溃决的影响要比侧面溃决的影响大,下游部分铁路路基顶面过水,影响铁路正常运行;大坝溃决后最大流速是未溃决时的2.15~2.48倍,涵洞处最大冲刷深度是未溃决时的1.56倍。【结论】二维水动力模型可较好的模拟溃坝洪水演进过程和淹没范围,研究成果可为水库溃坝洪水灾害预防提供参考和数据支撑。

淡水河一维-二维耦合水动力学模型构建及应用

对淡水河干流、主要支流、淡澳分洪河采用一维水动力模型建模,对惠阳主城区进行二维水动力模型建模,利用河道两岸进行一维、二维水动力耦合,模拟淡水河溃漫堤洪水演进过程。结果表明:除桥南排涝站到淡水站河段,水面线误差在20cm以上外,其余河段水面线偏差均在20cm以内,一维-二维水动力学模型计算的淡水河的洪水演进过程总体较为合理。研究成果对于流域防洪风险图的绘制具有重要参考价值。

黄浦江二维水质数学模型研究

本文建立了能真实模拟黄浦江弯曲地形边界的二维有限元水质数学模型 。

黄浦江干流二维水动力实时数学模型研究

本文基于二维浅水化水动力学方程组 ,运用伽辽金加权余量法导出适用于黄浦江干流的有限元公式 ,对计算区域采用四边形单元剖分 ,利用有限元数值计算模型模拟黄浦江干流动态水文动态变化过程 。

新疆博斯腾湖二维水动力数学模型研究

风场是影响湖泊水动力的重要因素,它可以改变水体运动速度和方向,影响各种物质在湖泊内的输移扩散。通过分析博斯腾湖大湖区风场,准确估算出风力、风向变化情况,构建了博斯腾湖平面二维水动力模型。应用计算模型对博斯腾湖水动力进行模拟预测,分析不同风向、风速对湖泊流场结构的影响,为进一步研究博斯腾湖水动力和污染物输移扩散提供理论依据。

基于一维和二维动态耦合FLOOD水动力模型的漓江洪水风险分析

基于漓江干流及两岸地形、断面数据,构建一维和二维动态耦合FLOOD水动力模型,并对模型率定与验证。模拟漓江天然洪水和考虑漓江上游水库联合调度作用下两岸淹没情况,对漓江干流两岸洪水进行风险分析,为漓江流域精准预报、水库防洪调度、预警、效益分析打下坚实基础。

基于Delft3D的大辽河水动力水质数值模拟

近年来,大辽河流域工业化发展迅速,带来了一系列水质恶化问题。因此,通过实测大辽河水文和水质数据,基于Delft3D建立大辽河二维水动力模型,对其进行水位和水温验证,计算值与实测值基本吻合;在水动力模型的基础上建立水质模型,对其进行NH^(+)_(4)-N(氨氮)和DO(溶解氧)验证,计算结果基本能够反映真实水质变化趋势。通过验证后的水动力水质耦合模型分析大辽河水动力水质输移特征。结果表明,大辽河具有明显的半日潮特征,河口处的流速低于内陆河道的流速;NH^(+)_(4)-N浓度年际分布较为均匀,DO浓度夏季较低,冬季较高;涨潮时,河口处NH^(+)_(4)-N浓度降低,落潮时河口处NH^(+)_(4)-N浓度升高;汛期排放的污染物浓度峰值高于枯水期的值,峰现时间也早于枯水期,在枯水期,污染物更容易在河口处滞留;整合排污口和减排两种方式均能降低河道内污染物浓度,靠近河道上游整合排污口方式优于减排方式,靠近河口减排方式略优于整合排污口。研究成果可为大辽河水质管理提供参考。

二维数学模型在泵站上游水动力研究中的应用

泵站上游区域的水动力条件直接关系着泵站的运行状况,因此,为了解决其水动力条件,对一维、二维、三维水动力数学模型及泵站上游不同区域的水动力特性进行了分析,根据分析结果,提出了针对不同区域采用不同类型数学模型的技术方法,并将该方法用于对化子闸泵站上游整体区域水动力特性的研究。在研究过程中,采用了含自由水面的平面二维水动力模型以及简化的二维水动力模型,对泵站前池水流分别进行了水动力特性数值模拟研究,得到了满足工程研究需求、符合物理规律的研究结果。研究结果表明:所提出的技术路线可行有效,实际采用的方法科学合理,研究成果可为类似泵站工程的设计研究提供技术支撑,也可以为其他相关工作提供参考与借鉴。

大田平原河网水动力和平面二维数学模型研究

从大田平原地势低洼、调蓄控制性工程不足和灵江水位高阻水严重等方面分析了洪涝灾害形成的原因;对大田平原河网进行了水动力分析并建立平面二维模型,通过对地形水深修正、调整河床阻力糙率系数和涡粘系数的平面分布,对模型进行了验证计算,模型计算结果表明,模型所采用的水文分析成果、水利计算方法、验证的水动力计算参数、取得计算成果和参数可靠.

鄱阳湖二维水动力和水质耦合数值模拟

针对大型通江湖泊水位变化剧烈,地形起伏多变,岸线复杂,湖泊内部窄小洪道与大面洲滩和洼地连接复杂,湖泊洲滩出露、淹没频繁交替等湖泊水情和地貌特征,基于二维浅水方程和对流扩散方程组构建了鄱阳湖二维水动力和水质耦合模拟模型.模型采用非结构网格有限体积法进行离散,以HLLC算法计算单元界面的水量、动量和物质输运通量.水陆边界通过水深自动判别,为湖泊洲滩出露、淹没过程的模拟提供了合理有效的途径.该模型适合于模拟鄱阳湖这类水陆界面动态变化极为显著的湖泊中的水流运动及其物质输运过程.在1998年全年水情率定的基础上,计算了2008年1-10月的水动力和水质(高锰酸盐指数和氨氮两个指标)时空分布.并用实测水位、高锰酸盐指数和氨氮浓度过程数据以及遥测水域范围等,从时间过程和空间分布上检验了鄱阳湖模型的可靠性.鄱阳湖耦合模型克服了这类复杂水域水动力及其物质输运过程模拟的困难,为相关应用提供了参考.

浅水湖泊平面二维水流-水质-底泥污染模型研究

从三维对流-扩散方程出发,推导包含底泥污染的水质控制方程,并与浅水流动方程耦合,建立相应的浅水湖泊平面二维水流-水质-底泥污染的数学模型。运用伽辽金加权余量法推导出数学模型方程组的有限元公式,开发了实时二维水动力、水质模型。利用模型计算玄武湖混合流、水质动态变化过程,结果与实测值较吻合,从而为浅水湖泊混合流、包含底泥污染的水质模拟提供了一种可操作的新途径。

基于一维河网模型的崇明岛水环境容量计算

平原河网地区的水环境治理修复是一项艰巨复杂的综合系统工程,合理计算水体的水环境容量,对于确定水环境综合治理工程的规模尤为重要。以上海市崇明岛为研究区,通过构建一维水动力水质模型,基于模型模拟结果计算了研究区内各河段不同时期的水环境容量,分析了各河段水环境容量的时间变化趋势,结果表明,不同污染因子水环境容量差异较大,其中COD的水环境容量比相应水文期NH_(3)^(-)N和TP的水环境容量大;不同水文期水环境容量差异也较大,即各指标在丰水期的水环境容量均大于枯水期。另外,由于水环境容量受河段长度、水质降解系数的影响,河段长度越长,水质降解系数越大的河段水环境容量越大。

基于黎曼近似解的溃堤洪水一维-二维耦合数学模型

采用一维-二维耦合数学模型对溃堤洪水进行模拟,可以发挥两者优势,提高计算效率。将基于黎曼近似解Godunov格式的一维、二维水流数学模型通过堰流公式进行耦合,实现交界面的水力要素交互;一维、二维模型均采用中心形式的有限体积法求解,分别采用HLL格式和Roe格式计算界面通量,具有一致的空间同步性。通过经典算例验证了模型的可靠性和稳定性,应用耦合模型对1998年松花江干流胖头泡溃堤洪水进行了模拟计算,较好地模拟了溃堤洪水的演进过程与淹没范围,对200年一遇洪水的分洪效果进行了分析,为此区域的分洪利用及松花江中上游防洪调度提供参考依据。

水体叶绿素二维生态动力学模型研究

针对边界曲折复杂的河川型水库,以质量平衡方程为基础,以各生态变量的生态动力过程为核心,并结合水库的二维水动力学模型,建立了曲线坐标系下的水体叶绿素二维生态动力学模型,该模型结合水动力学条件,考虑了富营养化过程中的生物、化学和物理变化,给出了更为详细的富营养化信息,适用于计算区域复杂的水体。结合隔河岩水库的实测数据,用矩阵追赶法给出了模型的数值解,从而得到水库中总氮、总磷和叶绿素a的分布。经验证,模型的计算结果与实测值吻合较好。

平原感潮河网地区一维、二维水动力耦合模型研究

提供了一种复杂地形、水流条件下一维、二维水动力耦合模型的通用计算方法。根据感潮河流地形复杂、河岸弯曲多变、河道狭长的特征,采用有限元法求解一、二维水动力模型控制方程;在一、二维模型连接断面处,利用两种模型模拟的水位、流量相等的条件,实现一、二维模型的耦合。依据该原理,开发了大范围的上海市黄浦江上游地区河网一维与黄浦江干流二维水动力耦合模型,验证结果表明:一、二维耦合模型的设计是合理的。