InfoWorks ICM-Delft 3D耦合模型在排水体系中点源污染溯源研究

城市排水的点源污染是引起黑臭水体的重要原因之一,该研究借助多元监测体系获得的水质数据,结合InfoWorks ICM-Delft 3D耦合模型及差分进化算法(DE)构建了污染溯源模型。以中山市某区域为研究对象,验证了耦合模型与DE算法对污染溯源的有效性。研究表明,连续排放污染源的位置、流量、污染物浓度的溯源精度较高,相对误差均在±0.12的范围内,并且污染溯源精度随着污染源流量增大而下降;随着污染流量增大,瞬时排放污染流量与浓度溯源的相对误差逐渐减小,模型对高流量污染事件的溯源精度较高。该模型体系的构建和应用为城市排水点源污染的溯源提供了科学指导。

基于Delft 3D模型的感潮河口示踪模拟

为研究感潮河口的水力特征及溶质扩散规律,通过布放仪器监测水文参数,分析研究区的水力特征;采用荧光染色剂罗丹明B作为示踪剂开展现场示踪实验,研究示踪剂的扩散规律;基于Delft 3D模型的水动力模块与示踪模块相耦合,对研究区的动力场和示踪结果进行模拟,获取了小清河口的水平湍流扩散系数。结果表明:调查期间(非汛期)小清河口的水力条件主要受潮汐控制,潮汐对河口下游的作用更明显。由于河流径流量较小,在潮汐作用下,示踪剂从小清河口向海传输的速度较慢,导致示踪剂在河口长时间滞留。相关性分析(R2)和均方根误差(RMSE)结果表明示踪剂迁移模拟结果的可靠性高。基于本研究得到小清河口的水平湍流扩散系数(Dξ,η)为6t0.12 m2/s。本研究可为小清河口以及同类河口中水平湍流扩散系数的估值提供参考,对于评价污染物在同类河口中的传输行为具有指导意义。

DELFT 3D在离岸人工岛建设中的应用——以海南岛万宁日月湾人工岛为例

离岸建设人工岛是围填海的重要方式之一。人工岛的建设势必改变工程区的水动力条件、泥沙输运格局与海岸演变状况。选取合理的平面布置方案,减少工程建设对海岸环境的负面影响,是人工岛建设能否成功的关键因素。以海南岛万宁日月湾人工岛建设为例,利用DELFT 3D模型系统,研究原场与不同平面布置方案后的波浪传播、波生流、泥沙输运与岸滩演变,探讨不同人工岛方案岛后形成连岛坝(Tombolo)或突出体(Salient)的可能性及泥沙淤积体积的大小,分析不同方案的优劣。研究表明,不同人工岛方案因为其大小、离岸距离及所处位置的差异,对岛后的波浪传播、波生流、泥沙输运与地形冲淤演变产生不同的影响。人工岛离岸距离越远、所处位置水深越大,人工岛在波峰线上的投影长度越短,形成连岛坝的可能性越小。

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。

基于Delft3D模型对深圳湾近岸海域污染物迁移模拟

以深圳市深圳湾近岸海域为研究对象,基于Delft3D软件,建立深圳湾三维水动力水质耦合模型。利用实测数据对模拟结果进行验证,分析深圳湾海域水质时空变化规律。模拟结果表明,深圳湾内的污染物浓度整体较高,浓度分布受潮汐变化敏感性强,不仅受各污染源点源强与流量的影响,而且受湾内的潮汐动力影响,污染物浓度值总体从湾口向湾顶逐渐增大,浓度梯度由外向内递增。

表面流人工湿地Delft3D水动力数值模拟与空间形态设计研究

表面流人工湿地作为一种典型的城市绿色基础设施,在风景园林设计中的应用场景不断增加,但当前其设计过程中存在水体净化效能与空间形态营造较难兼顾的技术瓶颈。从学科交叉融合的角度,以江苏省太仓市某人工湿地净化工程中的表流湿地为例,利用Delft3D软件,通过模拟表流湿地12个方案中“岛屿”微地形或挡墙等不同要素组合下的水力效率(λ)和流速“死区”分布,分析不同方案的整体净化效能高低与内部水动力异质性特征,从而得到影响表流湿地水力特征与水体净化效能的关键空间形态要素,并提出相应的表流湿地空间形态优化策略,为表流湿地的设计提供循证依据。通过数字赋能有助于提高表流湿地实践的科学性与合理性。

基于Delft3D的苏州市渭塘镇河道水动力水质模拟

为探究苏州市渭塘镇平原河道水质提升的可行方案,基于Delft3D构建了该镇区河道的水动力水质耦合模型,采用Delft3D-FLOW模块对镇区河道2021年10月的水动力时空特征进行模拟,确定了镇区活水泵站与活水推流器的流量;采用Delft3D-WAQ模块,以CODMn、NH3-N、TP为主要评价指标,论证了旁路净化设施规模的合理性。结果表明:模型水动力模拟结果较为理想,活水效果好;确定老镇片1号活水泵站流量为1.0 m^(3)/s,确定珍珠湖片每组活水推流器感应流量为0.4 m^(3)/s;水质模拟结果较为理想,镇区河道水体通过规模为2万m^(3)/d的旁路净化设施处理后,水质能达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅳ类水标准,水质提升效果明显。

基于Delft3D的三峡水库不同工况下香溪河水动力水质模拟

三峡大坝高水位运行对库区支流水环境的影响一直是备受关注的问题。以三峡库区支流香溪河上游河段为例,基于Delft3D模型,进行水动力水质模拟研究。首先,采用模型中的Flow模块对研究水域构建了水动力模型,对研究河段2013年汛期和蓄水期的水动力时空特征进行模拟;然后利用Waq模块构建了水质模型,模拟了NH+4在大量排放之后的流动分布规律。模拟结果表明:香溪河在汛期呈现"河相",流速较大;在蓄水期香溪河的"湖相"化趋势明显,流速低,形成涡旋;在蓄水期,由于三峡库区水位抬升,造成香溪河流速缓慢,其水动力特征对污染物分布中起了决定性的作用,使污染物表现出明显的回水污染特征,威胁香溪河水质安全。研究结果可为三峡库区支流的区域化管理提供决策参考。

基于Delft3D污染物扩散模拟的城市湖泊景观水体三维形态循证设计

针对长三角地区城市浅水湖泊面临景观水体污染物易于富集、难于扩散、水质较难保障的现实困境,阐述了以学科融合为基础的水体污染物扩散模拟与循证设计,提出地形作为水体形态的骨架对水动力条件的形成、湖泊水环境的改善起到关键性作用.以常熟市琴湖为例,基于湖岸线、湖底地形、岛屿、堤坝等要素,提出2种平面形态和6种三维形态,通过Delft3D模型模拟的方法,分析比较不同三维形态下的流场特征,并输入实测数据得到20天后湖泊水深平均流速与污染物总氮(TN)扩散模拟结果.研究发现:1)湖泊岸线与湖底地形变化通过流场影响污染物扩散;2)曲折度较大的岸线应尽量安排在水流的主方向上;3)岛屿设计应体量适宜、与岸线距离合适;4)长堤割裂湖体形态时,建议堤坝下部设置连通管道.研究有助于筛选对水质保持有利的设计方案,也可为城市湖泊景观水体的循证设计提供一定的技术支撑与参考.

基于Delft3D模型的三峡航道环保疏浚水质数值模拟研究

以忠县皇华城河段为例,利用Delft3D数学模型对三峡航道环保疏的水质变化进行了数值模拟。结果表明:疏浚工程的进行对河道水质环境影响比较明显,随水流方向污染物质量浓度上升速率变慢,在疏浚点污染物质量浓度上升245 mg/L,疏浚点下方4 km处污染物质量浓度上升约为20 mg/L,河段末端污染物质量浓度上升约为14 mg/L;疏浚工程结束后,河段的水体水质能够较快得到恢复,离疏浚点越近恢复得越快,疏浚结束1 d后污染物质量浓度基本已恢复到本底值,疏浚工程对水环境的影响可以较快得到恢复。

基于Delft3D模拟的城市黑臭水体治理方案评估

随着工农业发展和城市化进程加速,城市水环境质量急剧下降,黑臭水体问题极为严重,已严重制约居民的生活。根据东营L河段的水流特性、水文、污染源的调查资料及水质实测资料,利用Delft3D软件进行模拟,得到水质时空分布,结合水体流动不畅的特征,提出在河段适当位置添加人工湿地,通过人工湿地生态修复黑臭水体,取得了较好的效果。

Delft3D在鳌江口外平阳咀海域流场模拟中的应用

Delft3D是以FLOW水动力模块为主体,建立在Navier-Stokes方程的基础上,由一系列模块组成的模型软件,可以对水流、波浪、泥沙、水质、地貌等建立二、三维模型。本文介绍了Delft3D数值模拟软件的程序模块及数值理论基本方程,对鳌江口外平阳咀海域的流场进行了模拟研究。研究表明:计算结果与实测结果吻合较好,能够较好地反映该海区真实的流场情况,可以为工程研究提供基本的流场背景。

Delft3d软件在水利工程中的数值模拟

随着计算机技术的发展,许多大型的计算可以在台式机甚至在笔记本电脑上运行, 这促进了一些水力计算软件的发展。delft3d软件是就是其中之一,它本身可以对水流建模,并且基于水流模块部分,对波浪、泥沙、水质、地貌等建模,并附带潮汐的调和分析。在海岸带、河口、风暴潮的研究中都有较好地应用,为我国的海岸、河口的研究提供了一种比较理想的模型。

Delft3D和Oilmap在内河溢油模拟中的联合应用研究

本文分析了内河溢油风险现状和发展趋势,对Delft3D和Oilmap在内河的应用情况进行了综述。在此基础上,本文将Delft3D用于长江局部二维流场的建立,并转换成Oilmap的流场数据格式,利用两个模型的技术优势,对长江局部进行溢油轨迹和归宿模拟分析,进而进行溢油应急对策研究。最后,文中将两个模型联合应用于假想溢油事故的围油栏不同布设方案的比选模拟,从而为溢油应急措施的选择提供决策支持。

基于Delft3D水动力模型对青草沙水库水温变化的模拟和预测

水体流场是影响水体温度变化的主要因素,也是影响水体污染物迁移的主要原因,这种影响在短时间内尤为明显。以上海市水源地青草沙水库为例,基于Delft3D建立模拟网格,利用ADI法进行流场数值模拟,利用实测数据进行验证得到拟合的水动力模型,并对水库的水温进行模拟,基于该模型预测未来气温条件下水库的水温变化。结果表明,随着气温的升高,水库水温高温时间段变长,升温时间点提前,未来藻类暴发时间可能不在夏季,而有所提前。

网格尺寸对Delft3D有限元水流场仿真精度影响的分析

针对有限元水流场仿真中有效地选择网格尺寸、平衡计算精度和计算成本的问题,采用在网格形状、边界激励类型、边界激励量大小等因素相同的条件下,输入不同的网格尺寸分析了仿真的精度误差的方法,建立了海南某港的Delft3D-FLOW模块水流场仿真模型。研究结果表明:仿真计算的绝对误差基本呈非线性关系,相同条件下靠近岸线的位置仿真误差大于海域中间的位置仿真误差。

基于Delft-3D的砂泥共存海滩数值模拟

由于海平面的上升、人工挖沙以及海岸工程建设等自然和人为因素,砂质海滩泥化现象越来越严重。为研究砂质淤泥共存海滩修复方案,建立了鹤头邻近海域的网格嵌套的波流耦合模型,在验证模型合理性的基础上选取3种不同方案,模拟了沙滩维持原状、滩面补砂和岬角外延不同工况下的波浪动力特征,分析不同方案水动力环境的变化,波浪场比较结果表明:岬角外延能有效增加海域波浪动力,且比补砂措施效果好。可通过岬角外延措施对砂泥共存海滩进行修复,具有一定地应用价值。

基于Delft 3D模拟海南清澜潮汐汊道动力对人类活动的响应

基于Delft 3D模型和1962年、1985年、2015年海图及实测水深资料，结合同期观测的潮位资料，研究人类活动对海南省文昌市东南部清澜潟湖-潮汐汊道-沙坝系统的潮汐动力、潮通量与涨落潮历时以及潮汐特征时空分布的影响。结果表明，不同人类活动对清澜潮汐汊道的水动力影响不同，口门西侧的围填工程和潟湖内的围填围垦活动使潮汐动力略有减弱，而航道疏浚和潮汐汊道围塘则使潮汐动力明显增强。潟湖围垦活动对O1、K1、M2、S2等分潮的传播有一定抑制作用，而航道疏浚及潮汐汊道内的围填活动则存在明显增强的作用，影响程度因分潮而异。

基于Delft3D模型的挟沙水流泥沙输运特征分析

灌渠在农业生产中具有重要作用,渠道引水灌溉是我国主要灌溉形式,引水过程势必会伴随引沙。以塔河灌区输水渠道为研究对象,分析灌渠挟沙水流泥沙输特性。利用Delft3D模型建立二维渠道泥沙输运数学模型,对渠道不同水位、流速、流量下的含沙量进行研究。计算结果表明,塔河灌区输水渠道涨落急流速平均误差小于0.14 m/s,流量峰值误差小于75 m^3/s;灌渠流态合理,含沙量计算误差小于0.02 kg/m^3;渠床冲淤误差为0.023 m,与测量值相差23%,该数学模型可以较好地反映灌渠挟沙水流泥沙输运情况。

Delft3D模型在内河航道疏浚中的应用研究

泥沙淤积会减小河道的蓄水量,降低流速,若不及时清理淤泥,对河道的航行安全、生态环境等造成严重影响。三峡大坝是世界上最大的蓄水工程,自2003年蓄水以来,三峡河道泥沙淤积严重,若不及时处理,将严重影响航行安全和生态环境。采用Delft3D模型对三峡典型河道忠县皇华城段进行水位、流速等进行模拟分析,为航道疏浚、保护生态环境提供理论参考。