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。

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 。

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。

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。

非正交曲线坐标下二维水流计算的SIMPLEC算法

本文采用Laplace方程坐标变换方法生成正交曲线网格,并对浅水流动的控制方程进行坐标变换,方程离散时采用B型交错网格。利用"水位扫描法"结合壁面函数法来处理移动边界,用SIMPLEC算法解非正交曲线坐标下的k-ε双方程紊流模型,修正了由网格的非正交性引起的误差。通过对美国Colorado洲FallRiver的资料进行流场验证,计算结果与实测资料基本符合,显示了本模型在不规则水域计算中的实用价值。

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.

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。

基于水文水动力模型的城镇水环境提升关键技术研究

近年来某城镇水污染问题日益突出,为改善城镇水生态环境,拟实施河湖连通工程。河湖连通工程水生态环境改善主要通过截污、引水活水和水生态修复等方法实现,其中引水工程的规模论证是本次水生态环境改善方案的重点。通过建立二维水动力水质模型,分析论证不同引水规模下水质改善、水力特性等评价指标,从而确定合理的引水流量及换水周期。

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。

基于高精度GPS测量数据的宁夏鸭子荡水库水动力-水质数值模拟研究

以宁夏鸭子荡水库为研究对象,对该水库的实测数据进行分析,利用平面二维水动力-水质数学模型,以非结构网格和有限体积法为工具对水库的水流运动进行了数值模拟。首先由流场的模拟值与实测值两者较为一致,验证了数学模型的主体模块和数值方法是可行的。然后,结合水库的运行情况设置了四种工况,对库区水流运动和水质分布进行了数值模拟研究,为进一步研究该水库的水质变化规律奠定了基础,对水库的高效运行具有一定的参考价值。

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。

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。

基于原水水质安全的金泽水库运行调度优化方案

为保障水源地原水水质稳定和水质安全,文中开展了原水水力生态调度方案研究。建立了金泽水库水动力-水生态多维嵌套模型并进行了率定验证。依据金泽水库现状调度方案和规划调度方案,采用情景分析方法,提出基于生态水源湖(库)原水水质安全的运行调度优化方案,为区域内其他原水水源湖库的日常运行调度提供参考。

识别河流水质模型参数的单纯形-差分进化混合算法

应用文中构造的单纯形-差分进化混合算法,分析了一维河流纵向离散和二维河流横向扩散两种情况下的水团示踪试验数据,识别了河流水质参数。这种混合算法是将具有局部搜索能力强、收敛速度快,而对初始值的选取依赖性较强等特点的单纯形算法与具有全局搜索能力强、受控参数少、而局部搜索能力弱等特点的差分算法进行混合。使其同时具有随机性搜索与确定性运算所具有的共同优点,能够较好地平衡局部搜索能力和全局搜索能力。数值实验结果表明:该算法可有效地应用于河流纵向离散和横向扩散两种情况下的水团示踪试验数据分析与水质参数识别,并且运算速度快、收敛性好,具有重要的应用价值。

飞来峡水利枢纽库区动态纳污能力计算研究

根据飞来峡水利枢纽库区水流及水质特点,选取不同设计流量,建立二维水流水质模型.通过水槽实验,拟合水质衰减系数与流速的关系曲线,以获取模型水质计算参数.研究结果表明：通过概化排污口排污量与混合带长度响应关系计算,确定各排污口混合带长度在1 300～2 500m之间;在90％最枯月、50％最枯月及多年平均流量水文条件下,飞来峡库区干流水域COD纳污能力分别为162 107.7t、199 220.2t及372 104.3t; NH3-N纳污能力分别为2 757.4t、3 408.4t和6 276.4t;飞来峡库湾的纳污能力远小于库区干流水域,库湾COD纳污能力仅相当于干流的25％,NH3-N纳污能力仅相当于干流的5％;飞来峡库区纳污能力年内逐月差异显著,其中汛期（4～9月）纳污能力较大,COD、NH3-N纳污能力约占全年纳污能力的58％,飞来峡库区年内月纳污能力与月平均流量呈现较好的正相关关系.

水库甲藻水华与防治效果数值模拟

基于水库甲藻水华的基本特征,选定涡鞭毛藻类的多甲藻为研究对象,建立了一个模拟水库甲藻水华的水流—水质—生态耦合数学模型。采用1996年和1997年两个不同类型的甲藻水华的实测资料对模型进行了验证计算,验证结果表明模型的再现性良好。此外,采用经过验证的模型对水华防治方案(即各种整流膜设置方案)进行了甲藻水华治理效果的模拟预测与评价。