耦合高效高精度水动力模型的多组分污染物输移及衰减反应模型

为更好地模拟水污染事件中多组分污染物输移及衰减反应过程,全面耦合了基于图形处理器(GPU)加速技术的二维水动力模型与多组分污染物输移及衰减反应模型,通过改进模型源代码并在污染物输移控制方程中嵌入衰减项与反应项,建立了一个可应用于大区域复杂地形河道洪水演进全过程及多组分污染物输移和衰减反应的高性能耦合模型,同时引入GPU技术提升计算效率。将耦合模型应用于理想地形静水和两个复杂地形河道入流与溃坝算例的水质模拟,结果表明:多组分污染物输移及衰减反应过程在理想算例中的数值解与解析解基本吻合,在入流与溃坝算例中的模拟结果符合实际物理过程,模型运行速度快且计算效率高,可高效地模拟各类突发水污染事件并进行预警和评估。

GAST-SWMM耦合数值模型在大尺度城区致涝风险评估中的应用

开展城区暴雨致涝风险评估对内涝整治及城市安全发展至关重要,以银川市310 km^(2)主城区为例,建立基于GPU加速技术的城市地表积涝及地下管网排水过程的GAST-SWMM高效高分辨率耦合模型。通过实测内涝积水点信息对模型进行验证,分别模拟20年和30年一遇24 h长历时暴雨条件下研究区域规划前后的内涝区位及风险等级,并分析其内涝削减情况,绘制内涝风险图。结果表明:与实测值相比,模型模拟误差<6%,具有较高的模拟精度;规划后与规划前相比,积水面积峰值削减率的平均值分别达到41.6%和45.03%,积水水深峰值削减率的平均值分别达到51.74%和56.05%,且高风险积水点全部降低为中风险与低风险。耦合数值模型在大尺度城区暴雨致涝风险评估中应用效果较好,研究结果对银川市暴雨易涝点防治及消除具有重要的参考价值。

河道水质高效高分辨率数值模拟及评估模型研究

为更好地模拟水污染事件中多组分污染物输移衰减反应过程并对水质指标进行快速评估,该文全面耦合了二维水动力模型与多组分水质模拟及评估模型,根据GB3838-2002地表水环境质量标准,同时引入图形处理器GPU(graphics processing unit)加速技术,构建了一个可对多种水质变量输移及相互反应过程模拟评估的河道水质高效高分辨率数值模拟及评估模型。采用理想地形算例与规则水渠地形算例,验证模型的精度和稳定性,同时根据银川市西大沟COD和NH3-N等水质变量的监测数据对其一级衰减反应系数进行率定,模拟评估城市溢流污染在海绵改造和生态修复等拟建工程措施建设前后对西大沟断面水质的影响。结果表明,该模型可模拟高分辨率地形的多种水质变量输移及相互反应过程,两个验证算例纳什系数分别为1和0.984,模型具有较好的可信度。在旱天无溢流污染情况下,西大沟断面水质均为准Ⅳ类水质;在雨天,城市溢流污染对西大沟影响较大,是导致西大沟水体发生黑臭的一个重要因素,但水环境工程措施对黑臭水体的治理效果明显。模型对城市沟渠水质模拟预测及评估效果较好,以期可为城市水环境工程建设提供相关参考。