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。

平原河网地区水资源调度效果研究

为研究平原河网地区水资源调度实践及调度效果,以上海市7个水利片水资源调度运行为例,通过实际调度数据分析,结合水资源调度数值模拟计算,指出上海市存在个别水利片引排水格局有待改善、部分引调水口门实际调度方式与管理部门要求不一致等问题,特别是嘉宝北片和青松片,现有水资源调度格局对嘉宝北片横沥以西、桃浦河以西区域河道基本没有改善效果,对青松片淀浦河以北、油墩港以东区域改善效果较差。

江苏无锡市中心城区河网最高水位分析

对无锡市中心城区运东大包围河网15条骨干河道进行概化,建立了无锡市中心城区河网区一维水动力数学模型,并采用实测水位资料对模型参数进行了率定和验证。根据20年一遇典型降雨条件计算产汇流过程,采用所建立的数学模型,在枢纽泵站抽水、管网自排区、圩区和排水片同时启用时对大包围调度方案进行了研究。河网水位过程计算结果表明,大包围内河道水位西低东高,水面比降较大;中心城区河网中心区水位较高,各泵站前水位较低,部分河道断面过流能力不足;最高水位出现时间一般处于最大降雨量时段的最后10min内;中心城区一维河网模型可以为防汛指挥部门提高中心城区大包围控制工程的运行效率以及防洪排涝联合调度方案优化提供建议和技术支持。

一维河网泥沙输移模式研究

推导了一种显式的河网泥沙输移递推计算方法,该方法在水动力学计算结果所确定的汊点类型基础上,直接计算每个河段中逐个节点的不平衡泥沙输沙过程以及悬沙和床沙的级配调整,克服了传统方法中必须通过首末断面含沙量关系确定河网悬沙矩阵求解的困难.将该泥沙输移模式的一维河网水沙数学模型,应用于长江三峡下游荆江-洞庭湖河网区域,并取得了较好的计算结果.在模型验证之后,进一步讨论了采用新的泥沙输移计算模式和原有泥沙输移计算模式在计算时间上和计算内容方面的差别.

泰州市城市水系规划河网数值计算研究

泰州位于江苏省中部,河网丰富。随着经济的高速发展,城市化的推进,在城市建设过程中,城市水系受到一定程度的破坏,水系格局管理混乱,水安全保障能力不足、水资源匮乏、水污染严重、水生态环境恶化所造成的水危机成为泰州城市实施可持续发展的制约因素。为此,泰州水利局拟编制泰州市城市水系规划,保护并指导城市水系建设。本文通过建立二维河网数学模型,针对水系工程实施前后,市区主要河道水文的特征变化进行计算和对比分析。计算结果表明:河道水系整治改善了城市防洪标准,在洪潮设计组合下,内河水位明显降低。

荆江三口分流分沙变化研究

荆江三口是联系长江与洞庭湖的纽带,其分流分沙的变化反映了江湖水沙的变化.本文通过实测资料分析了近年来荆江与洞庭湖水沙输移变化规律及其变化原因;采用一维河网数学模型定量给出各因素对三口分流变化的影响.结果表明,受自然因素和人为因素的影响,荆江-洞庭湖江湖水沙输移有了较大调整变化,主要表现为三口分流分沙大幅度减小,干流水沙输移增加;江湖关系变化的主要因素是三口分流道的淤积萎缩和荆江裁弯.这些变化将影响整个长江中游防洪形势,且随三峡工程运行作进一步调整.

水量调度对内秦淮河水质改善的效应评估

为了分析论证内秦淮河现状引调水的效果和存在问题,采用MIKE11模型对河网进行概化,建立了一维河网数学模型。以枯水期为例,选取6个控制断面的氨氮浓度为水质评价指标,运用验证后的模型对内秦淮河现状引调水的效果进行模拟与计算。结果表明:现状条件下,内秦淮河水体污染较严重,水源地水质和引水流量达不到引水冲污的要求,需改善水源地水质,加大引水流量;每条引调水线路均存在引水盲区,引水冲污应采取4条线路联合引调水的方式。

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。

咸潮影响河段取水水源可靠性的分析

为分析咸潮河段取水水源可靠性,通过建立潭江一维河网水质数学模型和实测资料分析结合的方法对银洲湖纸业基地潭江取水口布置进行探讨。一维河网水质数学模型采用上游设计枯水流量遭遇下游典型潮的计算方案,并在枯水期对取水口上下游河段氯离子质量浓度进行了同步实测。计算分析结果表明:潭江取水口取水流量可靠,满足设计保证率取水要求,取水水质也基本满足要求,但在P=97%特枯年份受咸潮影响情况下会出现短时段氯离子超标现象。在采取一定取水风险的规避措施情况下,该取水口取水水源是可靠的。

三峡工程蓄水运用后荆江三口分流河道冲淤变化模拟

三峡工程蓄水运用后下泄水流含沙量大为减小,下游荆江与三口分流河道将长期处于冲刷状态,对江湖关系演变和防洪影响重大。本文利用可视化一维河网水流泥沙数学模型,对三峡工程蓄水运用后荆江三口河道冲淤变化进行了模拟,对三口河道分水分沙量及冲淤变化过程进行了分析。结果表明,在典型水文系列及运用条件下,三峡水库运用后前6年藕池河及松滋河均发生冲刷。之后藕池河有所回淤,松滋河继续冲刷,至三峡水库运用40年左右冲刷达至最大。研究成果对荆江与洞庭湖区防洪决策和水资源研究等有参考意义。

濛河拓浚工程对淮河王临河段河势影响研究

王临河段地处淮河上游山区向中游平原的过渡区域,支流入汇众多,行蓄洪区运用频繁,是当前淮河最复杂、防洪关注度最高的河段。拟开展的濛河拓浚等规划治理工程,将显著改变该河段的主槽规模及主支汊分流比,进而可能对河势稳定产生影响。采用非恒定流河网水沙数学模型,预估了工程前后的河床演变趋势,分析了冲淤调整后沿程水位及两汊分流比的变化情况。结果表明:王临河段现状处于缓慢淤积状态,规划方案实施后河道整体淤积量会稍有增加,沿程冲淤分布也有所调整。在30 a水沙系列条件下,治理工程的效果能够长期维持,且濛河分流比也未出现进一步扩大,没有主支汊易位的风险。研究成果可为工程的兴建提供科学依据,对淮河同类工程有一定借鉴意义。

永定河洪水资源化蓄滞洪区蓄水量计算

针对永定河的具体情况 ,利用一维河网非恒定流数值模型 ,计算了通过调节分洪口门的运行方式可达到的最大蓄水量。分洪口门的调度考虑了上游洪水过程、下游潮位变化引起的海水上溯以及蓄滞洪区的最大蓄水量等问题。

常州市主城区暴雨内涝风险分析

为分析和预测常州市暴雨内涝风险,构建常州市主城区水文-水动力-河网-管网耦合的精细化数学模型,以2017年现场原型观测数据对数学模型进行率定和验证,并将2015年洪水模拟情况与实际淹没范围、淹没水深进行对比。验证结果表明:计算水位和实测水位最大绝对误差均小于7 cm,计算水位曲线形状与实测水位序列匹配较好;城区70%的暴雨积水点与实际相符,模型能较好地模拟洪水演进及淹没情况。采用常州市主城区精细化数学模型模拟分析50 a、100 a、200 a一遇最大24 h设计暴雨工况时的洪水淹没情况和管道运行负荷状况,统计各水深等级下的淹没面积并绘制洪水风险图,为常州市城市防洪管理、城市发展规划等提供决策依据和技术支持。

三峡水库建成后对长江中下游江湖水沙关系变化趋势初探 Ⅰ:大型河网水沙数模的建立与验证

对于天然河道的数学模拟计算中,特别是长江中下游的干支流、洞庭湖区等,会出现较多分流、汇流、分流比未知的分汊河段,形成水流顺逆不定、复杂多变的河网,为此,本文在用四点带权隐式差分求解非恒定流的基础上,通过消元、转换,建立了河网水沙数学模型。该模型既可解决复杂的河网水流计算问题,亦适用于长河段、长时段的较复杂的天然河道水流计算问题。通过对长江中下游干支流洪水过程的模拟,水位、流量、输沙量及洪水过程与实测值相比均在误差范围内,说明该数学模型合理可行,可扩展应用。计算迅捷简便,应用性强。