基于水质水量耦合模型的湟水西宁市段生态流量计算及模拟分析

考虑未来枯水期湟水生态流量、水质将面临不稳定达标风险,提出量化计算与数值模拟相结合的方法确定满足水质水量目标的湟水西宁市段生态流量。基于实测流量、断面、污染源等现状调查及分析,采用不同频率最枯月平均值法、改进年内同频率展布法、生态水力半径法3种方法计算了湟水西宁市段生态流量,并与Tennant法的计算结果进行合理性分析比较。利用MIKE11水动力和水质模块构建了水质水量耦合模型,利用率定后的模型,以COD、NH3-N作为主要污染物指标,通过模拟不同生态流量下泄过程,分析了3种计算方法对应的下泄方案对湟水西宁市段水质的影响,优选出合理的生态流量的下泄方案,得出了满足水质水量需求的湟水西宁市段生态流量,为湟水西宁市段的水生态保护及区域水资源配置方案提供理论支撑。

多水源补给的宿迁市黄河故道水量-水质耦合优化调控

为了实现黄河故道水量和水质双重保障目标下的耦合优化调控,需要综合考虑水量补给渠道、水质改善目标、经济成本和技术难度等多重因素。研究基于黄河故道11级梯级蓄水工程和骆马湖、中运河、洪泽湖对黄河故道的补给关系,充分利用和优化分配周边水系水源,通过建立水量-水质耦合模型,开展多种水资源配置方案的数值模拟与方案比选,提出多水源补给的黄河故道优化调度方案。结果表明:在“高水高用、低水低用”的基础上每月增加小额生态补水量(0.42亿~0.52亿m3),成本适中、技术难度低,且水质改善效果较好,2018年(现状年)和2025年(规划水平年)水质综合改善率分别为22%和9%,水质总体达标率分别为82%和93%,调水成本分别比单一水源(“高水”)成本降低16%和24%。

基于水量水质耦合模型的南明河水环境治理方案研究

为改善贵阳市南明河枯水期流量小、水质污染严重的问题,利用MIKE11软件对南明河研究河段构建水质水量耦合模型,结合实测水文、水质数据对模型进行了参数率定与验证,所得模拟值与实测值吻合良好。应用所建立的模型预测不同花溪河水库调水量下河道主要水质指标的变化,分析生态补水与污水厂提标联合治理方案对枯水期关键断面水质的改善效果。结果表明:NH3-N浓度净化稀释所需调水量是造成水质达标所需调水量大的主要因素。提高污水厂NH3-N排放标准,从根源削减NH3-N排放,提高以清释污效率,是改善南明河水环境污染的关键。

基于水质-水量-水源地耦合模型的生态补水量研究

为研究受损河流生态修复所需的补水量,基于QUAL-2K水质模型模拟断面水质,Tennant法确定河道生态流量,构建了以水质达标、生态水量达标、对水源地影响最小为目标的耦合模型,并将耦合模型应用于四川省某中小河流,在水质目标下,通过对河流现状水质因子评价分析,选取氨氮、总磷两种水质因子达到Ⅲ类水为目标,对该河流出境断面水质进行模拟;水量目标下,以多年平均流量的30%和50%分别作为非汛期和汛期的生态流量;水源地目标下,生态补水不应侵占水源地本身生态流量和其他用水户用水。结果表明,水质目标下全年引水量为7 197万m^(3),水量目标下全年引水量为6 808万m^(3),综合水源地可引水量,确定补水月份为1-6月,全年引水量为1.01亿m^(3)。研究成果证明生态补水可作为短期内改善因缺水而受损的生态系统的一种手段,能够为跨区补水河流项目生态补水量的确定提供决策依据。

轨道-箱梁耦合振动模型试验设计与验证

为研究基于模型试验的轨道-箱梁耦合振动反演方法,从理论上探讨多层结构层间耦合相似关系,根据弹性力相似律和相似π定律,设计、制作几何相似比为101的轨道-箱梁耦合相似模型,分析轨道板密度和弹性模量、扣件刚度、CA砂浆层刚度等参数对系统相似性的影响。通过模态试验、有限元法验证模型设计的正确性及原型与模型间的相似关系。结果表明,通过模型试验方法,依据模型与原型间的相似关系反演现场不同工况条件下的振动水平;当某一结构层在荷载方向上的几何尺寸远大于其他结构层时,依据弹性力相似律,原型与模型间的耦合相似关系可由箱梁材料参数导出;轨道板密度及弹模变化,对结构前五阶模态影响误差最大为0.033%;在200~500 Hz范围内,扣件刚度、CA砂浆层刚度变化对箱梁振动加速度的最大影响分别为2.542%、4.326%。

闸控河网水文-水动力-水质耦合数学模型——I.理论

针对流域级闸控大型河网水环境日常管理的应用需求与实际特点,将资料适应性强的水文学方法与数据要求相对严苛的水动力-水质数值模型相融合,构建了一维与二维嵌套、分块组合的闸控大型河网水文-水动力-水质耦合数学模型DHQM(Hydrology,Hydrodynamics,and Water Quality Model for Impounded Rivers)。模型由河道径流模拟、闸坝调度过程模拟、河道水质模拟、区间入流及入河污染负荷估算和水质预警实时校正等5个模块组成。模型可服务于水环境实时预警和调度,也可为闸坝水文环境效应的量化提供基础工具。

陆面水量～水质～生态耦合系统模型研究

本文在实践的基础上 ,提出了“多箱模型方法” (Multi BoxModeling)以建立陆面水量～水质～生态耦合系统模型 .该方法是基于单元模型思想 ,利用计算机强大运算功能 ,采用多单元耦合 ,水量、水质、生态系统子模型耦合来建立模型 .其特点是 ,在空间上是不同“计算单元” (箱体 )的耦合 ;在考虑因素上又是水量、水质、生态量化指标的耦合 .经实例验证 ,该模型可靠 ,计算方法简单 ,能应用于生产实际 .

浅水湖泊群连通与调水的二维水动力-水质耦合模型研究

将湖泊群连通并进行引清调水的水环境污染治理模式在浅水湖泊分布比较集中的地区逐渐受到人们的关注。为了探究独立湖泊群相互连通引水后各湖区的水动力水质变化情况,以武汉大东湖生态水网工程的建设为背景,建立了湖泊群二维水动力-水质耦合模型。采用适合复杂边界的非结构化网格,考虑湖底地形和气候条件,考虑污染物的输入、迁移和转化,以及蓝藻等浮游生物的生长条件,分别利用东湖2006年6月和2007年6月的野外数据对所建模型进行参数的率定和校核,并利用2012年6月实测数据对3种引水方案与3种连通模式组合情况下湖泊群的BOD5,TP,TN以及Chl-a等生化指标的变化情况进行模拟,对稳定运行30 d后的模拟结果进行比较分析。结果表明:引水工程中,对于水域面积较大的湖泊,风力作用依旧是影响流场的主要因素;同样的引水流量下,不同的调水方案对水质改善结果有较大差别;湖泊群中隔堤的存在会给湖泊污染治理带来困难,而在湖泊群中适当区域设置生态小岛对水质变化过程影响微弱。

水文-水动力-水质模型耦合应用现状综述

随着城市化进程,评估生态环境是在流域低影响开发和制定区域决策方案中至关重要。集成流域与河流模拟原理,构建水文-水动力-水质系列模型,优化现有模型结构,更好的服务于水环境日常管理。文章主要介绍现有水文-水动力-水质耦合模型框架,通过模型耦合来源、机理,针对复杂流域水系,综合分析面源点源污染,常见水文-水动力-水质耦合模型应用分析,有助于水环境耦合模型开发应用。

山东省2011年~2020年水-能耦合协调特征分析

水资源和能源二者有着紧密的关联关系。社会的不断发展对其需求大大增加,使得山东在经济发展过程中出现一定的资源供需问题,为更好地促进两种资源和谐发展,建立综合评价指标体系,利用耦合协调度模型对2011年~2020年山东水-能源耦合关系进行分析。结果表明:水-能源系统综合评价指数呈增加趋势,水资源系统较能源系统波动更大;耦合度多处于磨合阶段,耦合协调度呈现过渡趋势,处于轻度失调-勉强协调-初级协调的动态变化之中。

水-能源-粮食纽带关系耦合模拟模型及案例研究

水-能源-粮食纽带关系(Water-Energy-Food Nexus,WEF-Nexus)是可持续发展领域的新课题。为定量分析WEF-Nexus对区域水、能源、粮食的供应、需求、自给率产生的影响,在考虑资源纽带关系的基础上,基于生命周期理论和灰色预测方法构建了水-能源-粮食纽带关系耦合模拟模型。以江苏省为例,模拟其在不同情境下2017-2020年的资源供需、自给率及不同消费部门的满足度变化。结果表明:在保持当前趋势下,水资源自给率和粮食自给率暂时高于100%,但有下降趋势,能源自给率未达到90%;在调整能源生产结构和消费水平后,能源自给率和水资源自给率均有所提高;在调整粮食种植结构后,粮食自给率提高但用水量可能也会相应增加,不利于水资源自给率的提高。

基于水量-水质模型的星海湖生态补水量研究

【目的】探明星海湖主要污染物指标,并研究分析不同水质目标下的生态补水量,为改善星海湖水环境质量提供参考.【方法】于2017年各月采集水样检测水环境指标含量,采用主成分分析法确定影响星海湖水质的主要水环境因素,构建水量-水质模型,并分析计算星海湖不同水质标准下的生态补水量.【结果】星海湖水环境主要影响因素为总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸盐指数(COD Mn)、重铬酸盐指数(COD Cr).星海湖水质保持现状不再恶化所需补水量由污染物指标COD Cr决定;星海湖水质达到地表水水质标准中规定Ⅳ类时,所需补水量由污染物指标COD Mn和COD Cr共同决定;星海湖水质达到地表水水质标准中规定Ⅲ类水时,所需补水量由污染物指标COD Cr决定.星海湖水质保持现状、达到Ⅳ类、Ⅲ类水标准时,其所需补水量分别为7420万m 3、12496万m 3、15244万m 3.【结论】星海湖水环境主要污染物指标为TN、TP、COD Mn、COD Cr,大量N、P元素及有机物进入星海湖中造成水体营养盐超标和有机污染;不同污染物指标需净化稀释的补水量差异较大,与N、P营养盐超标净化稀释所需水量相比,有机污染物的净化稀释是造成星海湖补水量大的主要原因,稀释补水应以降低水体有机物含量为主.

基于水质水量耦合模型的宁波市主城区活水方案研究

针对城市化发展给平原河网地区带来的水动力不足与水质恶化问题,以宁波市主城区——海曙区为研究区,探究引清活水对河网水环境的改善效果。利用MIKE11构建一维水量水质耦合模型,模拟不同引水规模、引水口门布局及引水时段下流速变化及污染物NH3-N和COD的改善情况,分析不同方案的活水效果。结果表明,引清活水可改善河网水环境,改善效果与引水规模、引水口门布局及引水时段均有关;综合水动力与水质的改善情况,当引水规模为27m3/s,以洪水湾节制闸、高桥泵站、邵家渡翻水站及沿山导流河节制闸联合调度引水,对河网进行间断活水时,海曙区水环境得到较大改善。

基于MIKE11的沈阳市南北运河水质水量耦合模型研究

通过利用丹麦水资源与水环境研究所DHI研制的MIIKE11软件中的HD水动力学模块和AD对流扩散模块,对沈阳市南北运河的水质水量进行了模拟分析。根据掌握南北运河段水文站的实际日水文资料对模型的参数进行率定,并对南北运河模型进行验证。研究结果表明,所建立的模型在率定期间和模型验证期间模拟效果均表现良好,水质、水动力及可控水中构筑物均模拟效果好,模拟精度高,此模型能够充分表现沈阳市南北运河段的水质、水量特征,为实现沈阳市南北运河水生态环境的全面提升和水功能修复建设提供了强有力的技术支持。

基于水质水量耦合模型的浑河沈抚段水质分析

通过以MIKE11软件为基础,加入实测大伙房水库、排污口和支流河的流量水质数据,建立了符合浑河沈抚段特征的水质水量耦合数值模型,以浑河主要污染物质COD、氨氮为水质指标分析了干流排污口、支流河对干流水质浓度的影响。模拟结果表明:通过MIKE11软件可以清晰地观察不同边界条件下浑河沈抚段水体中污染物的迁移和衰减过程,干流排污口截流后浑河干流东陵大桥断面COD、氨氮浓度整体降低10%左右,支流河调控至地表五类水后浑河干流东陵大桥断面COD、氨氮浓度整体降低30%左右。

基于改进的水量水质耦合模型的流域非点源污染时空模拟研究

文章将水量水质模型进行动态耦合,对传统水质预测模型进行改进,以解决传统模型在流域面源污染模拟时未考虑水量对水质影响的局限,并以栅格为计算单元,将改进的水量水质耦合模型用于流域非点源污染时空全过程模拟中。研究结果表明:相比于传统水质模型,改进的水量水质耦合模型在流域总氮和总磷模拟的相对误差减少,相关系数有所提高。研究成果对于区域非点源污染可提供方法参考。

基于水量水质耦合模型的阜新地区农业面源污染模拟

采用水量水质耦合模型对阜新地区农业面源污染进行模拟,并对模拟精度进行分析。分析表明:水量水质耦合模型在阜新地区农业面源污染具有较好的模拟精度,面源负荷模拟值和监测值之间的误差总体<30%。研究成果对于评估区域农业耕种方式对面源污染负荷影响具有重要的参考价值。

黄河典型河段水量水质一体化调配模型

以黄河兰州至河口镇河段为研究对象,采用分解、协调、耦合和控制技术,通过数据实时传递与反馈实现水量水质的同步耦合,以河段取水量、断面下泄流量和水功能区水质指标为辨识参数实现调配目标的在线辨识与过程控制,建立具有循环迭代、在线反馈和滚动修正功能的水量水质一体化调配模型。以1956—2000年天然径流为输入,以2020水平年黄河上游需水和排污为例,通过优化提出河段水量水质一体化调配方案。结果表明,通过对取水量及其过程、污染物入河量与过程的协调控制,2020年水平河口镇以上河段地表耗水量125.2亿m3,低于黄河分水指标,COD和氨氮入河量控减率分别为50.6%和65.7%,水功能区水质达标率100%。模型可实现河段水量水质一体化调配。

车辆-轨道空间非线性耦合系统交叉迭代算法及应用

基于有限元法建立了车辆-轨道空间非线性耦合系统动力学模型,提出了将迹线法融入交叉迭代法求解车辆-轨道空间非线性耦合系统动力学的方法。车辆-轨道空间非线性耦合模型包含车辆子系统和轨道子系统,其中车辆子系统为31自由度的整车模型,轨道子系统采用空间梁单元、黏弹性弹簧阻尼元件和三维块体单元模拟,两子系统通过轮轨相互作用实现耦合。轮轨接触几何关系采用“迹线法”与“最小距离法”计算,运用Newmark数值积分交叉求解车辆子系统动力学方程和轨道子系统动力学方程。为验证算法的可行性,进行了算例对比计算。作为应用实例,分析了CRH2高速动车通过CRTSⅡ无砟轨道时引起车辆和轨道结构的动力响应,并选择列车速度和轨道不平顺对车辆-轨道耦合系统动力响应的影响进行了参数分析。计算结果表明,将迹线法融入交叉迭代法求解车辆-轨道空间非线性耦合系统动力问题的算法具有计算精度高、收敛速度快和程序编制容易的特点。

基于水量水质耦合模型的流域非点源污染模拟精度分析

构建水量水质的耦合模型,改进传统水质模型未能考虑水量对非点源污染影响的局限,并以辽宁中部某流域为研究实例,结合水质监测数据探讨模型对非点源污染模拟的精度。研究表明:构建的水量水质耦合模型适用于区域非点源污染模拟,污染模拟精度较高,模拟的总氮和总磷浓度和水质监测浓度之间相对误差小于20%,月尺度相关系数高于0.75。研究成果可为辽宁中部流域非点源污染模拟提供方法参考。