佛山水道水流水质模型研究与应用

根据感潮网河区的水力、水质特性,利用一维感潮河网区水流水质数学模型,加入顺逆调节因子,将顺、逆流向的离散方程统一到同一方程中,研究分析佛山水道各种引水方案对佛山水系水流的影响和对佛山水道水环境改善的效果,为佛山水道引水工程的进一步设计提供依据。模型通过相应的同步潮流观测水位资料进行了率定,精度符合要求。

感潮平原河网水流水质计算模型应用研究

根据平原河网在不同水文时期关注的目标,应用建立的水流水质计算模型,对研究区历史发生的5场洪水水流进行了验证,并对现状枯水期水流和水质进行了计算。结果表明,模型对洪水水流预报和枯水水流及水质计算都能达到较高的精度。通过研究区河网水环境现状验证,提出了枯水期相应的水质改善方案,为地区河网水资源的综合利用及水环境管理提供了决策依据。

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。

平面二维水流-水质有限体积法及黎曼近似解模型

根据研究工程、工业废水及生活污水的水环境影响的需要 ,提出一个平面二维水流 -水质有限体积法及黎曼近似解模型。在无结构网格上对偏微分方程进行有限体积的积分离散 ,把二维问题转化为一系列局部的一维问题进行求解 ,模型具备有限单元法及有限差分法两者的优点。由于模型采用黎曼近似解计算水量、动量及污染物输运等通量 ,不仅提高了数值模拟的精度 ,而且能模拟包括恒定、非恒定或急流、缓流等水流 -水质状态。应用若干理想条件下的精确解对模型精度进行了检验 ,并结合汉江中下游的水质问题验证了模型的实际应用能力。模型计算结果与精确解拟合极好 ,与汉江中下游实测的污染分布带也相当吻合 ,为中线南水北调对汉江中下游水质的影响评价提供了依据。

通量差分裂格式的二维水流水质计算的适用性分析

将通量差分裂(FDS)格式应用于二维水流 水质数值模拟中。应用若干理想条件下的简化模型对格式的计算精度进行分析,结果表明:FDS格式不仅能高精度地模拟浓度梯度较缓的污染物稳定排放情况,且其二阶格式能高分辨率捕俘水质间断,与理论值吻合很好,说明FDS二阶格式能高精度地计算污染物间断排放引起的大浓度梯度或水质突跃情况。该格式在长江南通江段水环境数值模拟中的应用验证了它的实际应用能力。

地下水二维非稳定水流与对流弥散水质模型

本文对地下水二维非稳定水流与对流弥散水质模型建立的基本假定,所依据的原理,以及模型求解的一种新的数值方法—上游权各单元均衡法,作了比较详细的阐述。介绍了该模型在秦皇岛市海水入侵区应用实例,并取得了较为满意的成果。

西江金利镇段的水流—水质数值模拟研究

建立了基于有限体积法的二维水流水质数学模型体系,并采用水位床底方程法(Water Level bottom topography Formulation,WLF)处理底坡源项,保证计算格式的和谐性。将模型运用到西江金利镇段水流水质数值模拟中,模拟得到西江金利段水动力情况与实测值吻合度高,同时预测得到的污染物浓度较合理。模拟结果表明,有必要对金利镇生活污水及生产废水采取措施,加强区域环境管理,以保障该河段水质安全。

长江江苏段二维水流-水质模拟

根据长江江苏感潮河段水流水质及地形特点 ,应用有限体积法及黎曼近似解建立了平面二维水流 -水质模型。模型应用有限体积法的积分离散 ,并利用通量坐标旋转的不变性把二维问题转化为一系列局部的一维问题进行求解 ,采用通量差分裂格式计算各跨单元边界的水量、动量及污染物输运等通量。应用浓度输移精确解验证模型算法的正确性 ,利用长江江苏感潮河段的水流、水质监测资料进行模型率定检验 ,并通过对卫星遥感资料的分析检验模型计算污染带的合理性。模型在长江江苏段主要地区区域供水规划及实施决策支持系统中得到应用 。

浅水流动有限体积法/Osher格式的二维水流-水质模拟

应用无结构网格有限体积法 /Osher格式的二维水流 -水质耦合数值模型 ,采用黎曼近似解计算模拟区域水量、动量及污染物输送通量。通过对长江南京八卦洲江段浓度场的模拟计算 ,其结果与遥感卫星图片确定的污染带分布相吻合 。

基于二维水流模拟的湖泊型水源保护区划分方法

通过建立及求解二维水流水质模型,提出了基于水质模拟的湖泊型饮用水水源保护区的划分方法.以太湖贡湖流域为例,根据《饮用水水源保护区划分技术规范》(HJ/T338—2007),在研究二维水流水质模型的基础上,建立贡湖流域二维水流水质模型.将望亭立交调水情况作为重要影响因素,以高锰酸盐指数、总氮、总磷作为主要水质指标,模拟并分析贡湖湖体2010年不同调水情景模式下的水质变化.应用贡湖流域水流水质模拟结果和GIS分析方法,采用数值分析法划分贡湖水源地一、二级保护区,对贡湖饮用水水源保护区做出准确的划分,为贡湖流域的饮用水水源地保护提供切实可用的技术支持.

余姚河网灌溉水质改善方案及对策研究

浙江省余姚平原河网地区,近年来乡镇工业发展使得河网的水质问题日趋严重,不仅严重影响农业灌溉,同时也影响沿河二岸居民的生活质量与环境质量。通过对余姚市平原河网(见图1)建立枯水期水流水质模型,对不同组合的引水和削减污染负荷方案进行比较分析,为余姚河网灌溉水质改善问题提供技术基础和辅助决策依据。

沿海河道型水库水质可达性研究

根据新沭河太平庄闸至三洋港挡潮闸河段污染源分布特点,对区域内污染物入河量采用分布式污染负荷模型进行测算;建立两闸区间河道型水库二维非稳态FVS格式水流水质模型,基于水量、水质同步实测数据对模型进行率定验证。运用所建模型对研究区域水量水质过程进行数值模拟,定量分析了水库来水为功能区水质及污染源汇入条件下的水质浓度场变化过程。结果表明:相同蓄水时间内,污染源汇入不利方案下水质浓度场范围较上游来水为功能区水质方案下的范围有所增加;蓄水45d时,不利方案下污染带已达到范河闸取水口处,但水质浓度仍未超出农业灌溉用水标准,表明该河道型水库水质可在较长时间内满足农业灌溉要求。

长江江苏段区域供水水源地水质可达性研究

采用平面水流、水质有限体积法及黎曼近似解模型,在无结构网格上对偏微分方程进行有限体积法的积分分离散,模型具备有限单元法及有限体积法两者的优点。采用同步遥感、水量、水质实测资料对模型进行了率定验证,在对长江水源地、沿江污染源调查以及岸线稳定段分析结果基础上,进行污染源概化以及确定主要研究江段。在对概化的污染源计算出在设计条件下的污染带分布图,并计算出污染带长、宽随排污量变化曲线;在上述研究基础上,分析出长江各水源地及岸线稳定段的水质变化状况。对长江江苏段各主要排污口的污染带进行了计算,并对长江江苏段区域供水水源地的水质可达性进行了研究。

临淮岗工程不同蓄水条件下的水质可达性分析

建立临淮岗工程淹没区在不同蓄水条件下的二维非稳态FVS格式水流水质模型,基于水量、水质同步实测数据对模型进行率定验证。运用所建模型对研究区域水流水质过程进行数值模拟,定量分析了研究区域在最不利条件下对临淮岗坝前水质的影响程度。对不同库容条件下在库区北部农业用水时的库区水质浓度场进行计算分析,结果表明:当上游边界来水为功能区Ⅲ类,临淮岗坝前COD、NH3-N和TP浓度都能达到GB 3838—2002Ⅲ类水质标准;当边界条件为枯水期水质时,临淮岗坝前的NH3-N浓度超标,超标率为28%,COD及TP均能达标。

长江江苏段的水质模拟

将以有限控制体积法(FVM)为基础的二维水流-水质模型应用于长江江苏段流场和浓度场模拟,结果表明:该二维模型是合理的、可靠的和有效的,FVM配合通量向量分裂格式(FVS)是一种高解析度的数值方法。此外,根据流场和浓度场4个特征时刻的分布特点,确定了污染带的最大范围,得到了各排污口排放量与污染带长度之间的相关关系。

暴雨径流对五里湖水质的影响

针对五里湖曲折不规则边界,采用四边形网格拟合,构建了基于四边形网格的平面二维通量向量分裂(FVS)格式水量水质耦合模型,并进行了模型验证。利用该模型模拟了设计暴雨径流对五里湖水质影响的动态过程,分析东西五里湖宝界桥断面CODMn、NH3-N、TP和TN的交换通量。结果表明:在设计典型暴雨条件下,骂蠡港大流量的进水对西五里湖的水质有较大影响,设计暴雨发生3 d后,径流污水开始影响到西五里湖,在第4天后水质浓度达到峰值,使部分湖区水质由Ⅲ类变为Ⅳ类,但持续时间较短,此后浓度迅速减小。

弥散试验数值模拟模型在地下水环境预测的应用探究

在收集水文地质资料基础上,开展了详细的现场勘察、现场试验和水文地质条件分析,掌握了评价区环境水文地质条件。地下水环境影响预测采用水流模块耦合模块对评价去进行模拟,将模拟区概化为非均质各项异性、空间二维结构非稳定地下水水流和水质模型。通过建立地下水数值模型,设置可能出现的事故情景,针对正常工况的情景分别模拟和预测对地下水环境的影响。

大型复杂河网一维动态水流-水质数值模型

建立了非恒定河网一维水流-水质数值模型(THU-River1D),水动力模块利用最近提出的汊点水位预测-校正(junction-point water stage prediction and correction,JPWSPC)法处理缓流河网汊点处的回流效应,采用Preissmann格式离散Saint-Venant方程组,并采用Newton-Raphson方法求解非线性离散方程;水质模块采用分步法,分别求解对流项、源(汇)项、以及纵向离散项,其中,对流项处理采用改进的四阶显式Holly-Preissmann格式。模型无需特殊的河道编码,既适用于树状又适用于环状河网,还适用于潮汐流动。

基于梯度准则的动态局部自适应网格在浅水水流水质耦合模型求解中的应用

构建了动态局部自适应网格系统,采用自然邻居插值确定同等级别的相邻单元信息,在此基础上建立了有限体积Godunov格式下的高性能自适应水流水质耦合模型。采用和谐浅水方程结合非负水深黎曼重构,同时给出非均匀结构网格下的源项离散格式,保证了模型的和谐性和稳定性;利用集成对流扩散通量的HLLC(Harten,Lax, van Leer and Contact)近似黎曼算子计算界面通量,配合不同等级单元间的通量交换公式,确保了模型的守恒性;根据梯度准则实现动态局部自适应网格,提出了满足守恒性的网格等级调整水流要素再分配方法。数值结果表明,相对于传统结构均匀网格模型,该模型兼顾精度与效率,能够高分辨率拟合复杂边界和捕捉计算敏感区域,准确反映复杂流态和物质的迁移扩散。

太湖流域主要入湖河道污染物通量研究

利用经率定验证的太湖流域平原河网地区河道水量、水质计算模型以及太湖流域废水负荷模型,根据1995年(丰水年)、1988年(平水年)、1971年(枯水年)的水文资料,以及1995年太湖流域各主要河道纳污量资料,计算了各典型年不同季节入太湖河道的入湖水量和水质浓度,由此计算出太湖流域河网区各主要入湖河道污染物入湖量,并结合河网中水的流向,得出入湖河道污染物通量的综合影响结果:直湖港最大,主要输送无锡地区的污染物.