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Delft3D的珠江前航道尸体模型漂移轨迹预测

为预测珠江前航道中尸体的漂移轨迹,帮助当地水警确定溺亡者尸体的具体位置,利用Delft3D构建珠江前航道水动力模型,并使用尸体模型进行了多次现场漂移试验。通过对珠江前航道表层流速进行拟合,建立了尸体模型漂移的预测模型,R^(2)为0.88。研究结果表明,珠江前航道释放的尸体模型受潮汐和径流作用沿河道做往复运动,并呈逐渐漂向下游的趋势;漂移模型验证中尸体模型的漂移速度和方向基本与潮流一致,模拟结果的误差在1 km以内,终点距离误差率小于15%;实例验证中成年女性尸体的模拟结果误差约为300 m;游船所引起的波浪力等外力导致漂移轨迹呈现出南北方向性的偏差,需要进一步提升模拟效果。该漂移模型的推导模式同样适用于其他感潮河段,可使尸体的漂移轨迹变得可测,为尸体打捞工作和警方的案件处理提供了便利和参考。

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。

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。

基于Delft3D-flow模型的长江口盐度扩散规律模拟

为了研究长江口环流动力过程下的河口盐度扩散和分层混合机制,采用河口三维模型(Delft3D-flow)模拟了长江口盐度分层扩散规律和扩散系数变化对河口分层的影响。通过模拟实际水文情况下的长江口水动力过程,反映了该区域受到较强的径潮流动力作用后,对盐度在涨落潮周期内的垂向混合分层产生了重要影响,进一步验证了分层河口紊动扩散系数对盐度的水平扩散输移、垂向非稳定层化和混合的影响均较大。模拟结果较好地反映了河口在复杂水动力过程下盐度扩散和分层规律。

基于DELFT3D HM模型的苍海湿地公园洪水淹没模拟研究

洪水淹没情景受区域洪水流量、河床地形变化、河道工程运行调度等多因素影响,对于洪灾情景的确定,是开展河道与滩区治理研究以及进行防洪设计和滩区功能定位的前提条件。为此,以苍海湿地公园区域为例,利用Delft3D HM模型建立起二维洪水演进模型,进而模拟洪水淹没过程。模型采用P=20 a一遇洪水历史资料进行验证,结果合理;采用P=50 a一遇洪水对苍海湿地公园流域内洪水淹没过程进行了模拟,得到了实时淹没范围、最大淹没区域、水位变化过程等洪涝区内的特征水力要素信息。成果为该区域内的防洪规划和实时洪水预报提供理论参考,同样为后期洪涝区内水质提升工程提供可靠参数。

长江口潮滩高分辨率波流耦合模型

海岸带潮滩地区在潮汐的影响下呈现出复杂的地貌形态和波浪-水流的相互作用。建立高分辨率的潮滩波流耦合模型,以模拟潮滩中的精细波浪水动力过程,对于海岸防护设施设计和滨海湿地生态修复工程至关重要。本文以长江口南汇潮滩为研究区域,通过提出基于无人机RTK数据的潮滩高程反演技术,构建考虑潮滩干湿界面交替变化的波浪-水流耦合方法,开展潮滩波浪和水流现场观测等手段,借助Delft3D软件包建立了长江口潮滩高分辨率波流耦合模型。该模型嵌套长江口大尺度模型和潮滩小尺度模型,整合了海图水深数据、船测水深数据以及无人机高程反演数据,模型的边界条件包括天文潮汐、风场、径流和二维波浪谱等时序数据。研究结果表明,该模型不仅成功重现长江口水位、波浪和水流等关键参数,还能够精准模拟潮滩上的非线性波流耦合过程,模型模拟的潮滩水位、流速流向、波高等方面与实际观测数据具有较强的一致性。该模型不仅可为海岸水动力-结构相互作用模型提供边界条件,还能为滨海湿地生态修复和河口海岸管理提供精准的水动力支持。

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。

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。

近岸海域多环芳烃生态系统动力学模型及生境影响

利用生态动力学模型Delf3D,对大连葫芦山湾海域多环芳烃(PAHs)在海洋中的理化及生态动力学过程进行耦合,并以大连葫芦山湾实际监测数据及相关文献资料为基础,确定了一套适用于该近岸海域PAHs生态动力学过程的特征参数,模拟研究了PAHs在近岸海域生态动力学过程.以浮游植物生长率作为指示近岸海域生态系统健康程度的指标,将PAHs含量的数值模拟结果与浮游植物生长率的动力学响应方程相拟合,定量的评估了PAHs对海洋生态系统的影响.结果显示:排污口选址于水深大、流速快、水动力强处,对PAHs污染物扩散、水质改善具有显著作用,反之造成PAHs大规模富集.PAHs富集作用对该湾生境影响较显著,湾顶水动力作用微弱,浮游生物生长率削减度高达18%.Arc GIS分析显示,浮游生物生长率削减程度与PAHs时空分布并不完全一致,体现海湾生态系统的动力复杂性与结构稳固性.

辽东湾叶绿素a与营养盐分布特征的数值模拟

为探究辽东湾海域内叶绿素a与营养盐的时空分布特征及相互作用机理,基于数值模拟(Delft3D)方法构建了叶绿素a (Chl-a)、溶解氧(DO)、氨氮(NH_(4)^(+)-N)、硝酸盐氮(NO_(3)^(-)-N)和活性磷酸盐(PO_(4)^(3-)-P)等生态指标在辽东湾海域的生态动力学模型(Delft3D-ECO),并在验证模型的基础上分析了叶绿素a等生态指标浓度在辽东湾海域的时空变化和分布情况。结果表明:在季节变化上,叶绿素a质量浓度表现为秋季(4.83μg/L)>夏季(4.13μg/L)>春季(3.39μg/L),DO质量浓度表现为春季(9.41 mg/L)>夏季(7.26 mg/L)>秋季(5.84 mg/L),NO_(3)^(-)-N质量浓度表现为春季(0.76 mg/L)>秋季(0.56 mg/L)>夏季(0.50 mg/L),NH_(4)^(+)-N质量浓度表现为春季(0.039 mg/L)>秋季(0.030 mg/L)>夏季(0.026 mg/L),PO_(4)^(3-)-P质量浓度表现为秋季(0.025 mg/L)>夏季(0.020 mg/L)>春季(0.018 mg/L);在空间分布上,辽东湾海域中的叶绿素a、PO_(4)^(3-)-P(春、夏)、NO_(3)^(-)-N(春、夏)质量浓度分布呈东北高、西南低的特点,NH_(4)^(+)-N质量浓度呈研究区域湾顶与湾口高、中部低的特征。研究表明,辽东湾顶部的辽河、大辽河是影响辽东湾海域生态指标浓度时空分布的重要因素,辽东湾海域的营养盐限制作用表现为磷相对限制。

基于Delft3D模型的近海水环境质量数值模拟研究

以天津市近岸海域为例,基于Delft3D数学模型,开展了近海水环境质量数值模拟研究。首先,采用Delft3D模型中的Grid模块对研究海域进行网格划分和地形处理;然后,以5个主要陆源入海河口的排污数据作为模拟模型闭边界取值,并根据实测资料设定模型的开边界条件及模型参数;最后,采用Delft3D模型中的水动力模块Flow和水质模块Waq,对5个陆源入海河口处的示踪浮子运动轨迹及近海流场、水质变化规律进行了模拟研究。模拟结果表明:天津市近岸海域的流场基本可分为大沽口以南的逆时针流场和大沽口以北的顺时针流场两大区域,在该流场的驱动下,不同陆源入海河口处排放的污染物有着较为规律的运动轨迹和相应的影响范围,表现出明显的区域性污染特征,模拟分析结果与天津市近岸海域实际情况基本一致,可为天津市近海水环境的区域化管理提供决策支持。

基于Delft3D模型的风暴潮增减水模拟研究——以“9711”号台风为例

为了精确模拟"9711"号台风期间风暴潮增减水过程,考虑耦合作用下的非线性,利用Delft3D建立三维天文潮和风暴潮耦合模型,利用实测数据进行了验证,探究了台风经过日照港时风暴潮增减水过程。结果表明:(1)"9711"号台风引起的风暴潮增减水位呈现周期性变化,其变化周期与天文潮周期相近;(2)风暴潮期间,日照港西南侧海域增减水幅度较大,增水时,NE流向与SW流向的潮流在该区域相遇叠加,使增水幅度加重,减水时,该区域潮流由SW向NE流动,使减水幅度加重;(3)非线性引起的水位变化在风暴潮的水位变化过程中起负相关作用。

通扬运河与泰东河交叉河口航道冲淤数值模拟及工程方案优化

交叉河口淤积影响船舶正常航行,易发生搁浅事故。为充分发挥航道的航运功能,应及时分析碍航原因,制定航道疏浚方案,确保航道通航顺畅与安全。以通扬运河与泰东河交叉河口为研究区域,构建二维Delft 3D水沙模型,结合实测分析其泥沙运动规律与地貌演变特征。基于不同疏浚高程和疏浚边坡设计6个航道尺度方案,并通过模拟分析得到兼顾过往船舶航行安全和疏浚经济成本的优化方案。本研究可为类似交叉河口的航道尺度设计与优化提供借鉴。

Delft3D二维水流数学模型在闽江下游潮差、水位及南北港分流比研究中的应用

该文基于Delft3D模型,利用长期观测地形图和实测水文数据建立闽江下游至近海大陆架的二维水流数学模型,分析研究闽江下游潮差、水位及南北港分流比。结果表明:潮波受地形及径流的影响,潮差向上游迅速递减,北港上游潮差相比多年平均值有明显增大趋势;下浦水位已受潮流影响,地形下切是其中一个主要影响因素;下泄流量涨潮时南港是北港的3~4倍,落潮时南港是北港的2~3倍;南北港分流比洪季时约为4∶1,枯季时约为2∶1。建议尽快采取有关措施综合治理闽江下游河道,缓解其冲刷趋势,合理确定闽江南北港分流比。

重庆主城区两江汇流流场数值模拟

基于Delft3D数学模型,采用交错C网格和ADI法对重庆主城区内的长江及嘉陵江汇流流域进行了流场的数值模拟.模型利用实测数据对模拟结果进行了验证,分别对汇流段的水位、流速、流量和示踪浮子的漂浮轨迹进行了研究.结果表明:计算模型及对各项参数的简化可达到精度和可行性要求;菜园坝附近区域可能产生污染物盘桓,朝天门码头和汇流口上游的长江右岸有污染物流向岸边的危险.模拟结果可为两江流域的洪水预报、污染监测、航道管理等提供科学的数据.

黄浦江突发水污染事件应急措施数值计算分析

以2003年发生在黄浦江下游吴泾码头处的一次重大燃油泄漏事故为例,建立了黄浦江二维水污染模型。综合考虑事故发生后人工清污、调水稀释以及潮汐对黄浦江中污染物扩散的影响,模拟分析实际和3种典型调水应急措施的效果。模拟结果表明:对于发生在水源地下游的突发性污染事件,增大上游太浦闸泄流量能够有效地对污染物进行稀释;同时,上游泄流量的增大能够提高上游水位,有效压制随潮水上涨而向上游流动的污染物。由此可得出结论:污染发生后,加大上游泄流量是确保上游敏感水域免受下游污染影响的有效措施之一。