基于水动力水质模型的浅水型湖泊水环境治理目标可达性评估

当前湖泊水环境治理仍然面临着湖泊水质的实际改善效果与工程方案预期不相符的难题,特别是城市浅水型湖泊,其受外源污染、底泥释放、降雨冲击等因素,对治理成效扰动响应更为剧烈,因此,进行多因素成效评估对城市浅水型湖泊水环境治理尤为重要。采用InfoWorks ICM模型,以武汉市墨水湖为例,搭建浅水型湖泊水质水动力模型,依据气象水文、城市开发建设、湖泊污染情况等现状数据,基于模型计算原理,研究COD、NH_(3)-N、TP等污染物的变化趋势,定量分析不同工况情景下湖泊水质的可达性,评估规划拟建工程的实施效果,可为同类湖泊水环境治理工程方案优化提供参考。

基于MIKE21模型模拟的异龙湖水动力特性与生态补水效果研究

异龙湖是云南九大高原湖泊中面积最小、水量最少、最易受人类活动干扰的湖泊,近年来湖泊水质波动性变化特征明显,湖区水质尚未企稳向好。针对异龙湖流域水文资料匮乏、水质资料较少且湖区水质受气候及人类活动干扰响应明显等特点,依托数值模拟技术来模拟并反演湖区水动力与水质演变过程十分必要。采用GPS示踪浮标法、声学多普勒流速剖面仪监测法和加密加频监测入湖河流与湖泊水质的方式,开展异龙湖生态补水前后的湖泊水动力与湖区水质监测,具象化分析及展示补水水质改善效果,并同时构建了基于MIKE21的平面二维水动力与水质耦合模型。模拟预测结果表明,在常年主导风场西南偏西风下,南北湖岸流向为西北—东南,湖心呈顺时针环流,湖东存在逆时针小环流,在湖西有明显的弱流区,不利于水量、物质交换;年内水质浓度COD总体呈现湖西低-湖中湖东高、雨季明显高于旱季的时空分布格局;在年补水量约3 500万m^(3)和多点、最大补水能力1.95 m^(3)/s的“旱季(11月至次年5月)补水”方案下,湖西、湖中、湖东3个点位COD年均浓度分别可改善约27.6%、24.0%、18.1%,补水带来的水质改善效果十分明显,可为异龙湖生态调度与湖泊水生态修复改善提供良好的决策支撑。

基于Mike21模型的鸭绿江支流排污口水质影响分析

识别排污口尾水排放对周边水体的影响范围对防范和处理水污染事故具有重要意义。本研究采用MIKE21模型建立水动力模型,通过耦合对流扩散模型研究分析改扩建项目入河排污口设置对鸭绿江支流水质的影响程度和范围。结果表明:在最不利的水文条件下(保证率为90%最枯月),排污口正常排放时,COD浓度和氨氮浓度均满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的Ⅲ类限值标准;排污口事故排放时,排污口至下游边界约5 000 m的河段COD和氨氮浓度均超出地表水Ⅲ类限值标准。为防止水污染事故发生,在实际运行中应设置事故应急池,污水处理站无法正常处理尾水时,应将尾水存放至事故池,严禁直接排放入河。该研究成果可为鸭绿江支流水环境管理提供依据,也可为沿岸排污口设置及优化提供一定的理论指导。

银川“西线供水”工程污染物水动力—水质传递模型

文章采用实地测量、实验和数值计算的方法,利用分析化验、实测数据建立并验证引水管道一维水动力—水质数学模型,建立西夏水库二维水动力—水质数学模型并对水流和水质进行数值模拟。利用FLUENT软件,根据实测水文和水质数据,建立并验证适合西线供水工程的数学模型,利用建立的数学模型进行水流和水质指标浓度的数值模拟研究,验证结果基本符合实际情况,为后续以黄河水为水源的西夏水库在污染物扩散机制、预防、处理等方面开展研究提供了良好的理论保障。

MIKE11模型在毕节市白甫河城区段水环境现状分析评价中的应用

白甫河作为贵州省毕节市的母亲河,受城市发展及人口扩张影响,城区河段水环境现状日益严峻。为了解白甫河水环境现状,科学制定生态修复与保护方案,本文应用DHI(丹麦水利研究所)MIKE11软件构建白甫河毕节城区段一维水动力-水质耦合模型,从水动力和水质角度分析评价河段水环境现状。结果表明:采用MIKE11能直观反映研究区沿程的水位、流量、水质变化情况;可通过分析水位、流量、水质沿程变化图确定河道生态修复及水质治理的关键控制段,选定更适宜的河流生态修复技术,为城区河段制定水环境保护措施提供参考依据。

基于MIKE ZERO 2020的郁江贵港河段一维水质模型

基于MIKE ZERO 2020软件中的HD水动力学模块和AD对流扩散模块,建立郁江贵港市河段的水文、水质信息耦合模型,对郁江贵港河段的水位、流量以及污染物在水体中迁移扩散衰减情况进行了模拟分析。根据郁江近年来的水文资料对模型进行率定并验证。将该模型应用于2023年6月21日~7月6日的洪水过程,结果表明,所建立的模型在率定和验证及应用期间模拟效果均表现良好,模拟精度高。充分证明该模型适用于模拟郁江贵港河段的水文、水质信息变化特征,为提高贵港市防洪、水情预报及水污染预测提供了重要的技术支撑。

基于水动力水质耦合模型的城市河湖生态补水方案——以武汉市东沙湖水系为例

研究城市河湖生态补水对于城市的可持续发展以及满足人们的生活需求具有重要意义。沙湖港、罗家港位于武汉中心城区,是东沙湖水系引江济湖的引水通道。结合东沙湖水系整体布局和水系连通的情况,研究探讨了从长江引水补充沙湖港、罗家港的生态补水方案,通过建立二维水动力水质耦合数值模型,模拟沙湖港、罗家港生态补水方案的运行效果。结果表明,从武钢泵站引长江水,罗家港、沙湖港(青山港—罗家港段)TP和NH3-N浓度显著降低,沙湖港(徐东大街—罗家港段)虽然得到了一定程度的换水,但该段水质改善效果极其微弱。由于长江水质的TN、TP含量较高,生态补水对于降低TN浓度的效果非常有限,在利用长江补水进港渠时,还需要防止长江水带来富营养化风险。相关研究成果可为定量评估城市河湖生态补水效果提供借鉴。

MIKE11模型在珠三角河网区水质改善研究中的应用

珠三角地区河网水质改善是流域综合治理的重要一环,有必要对水质改善措施的达标性进行研究。以珠三角地区佛山市南海区北村水系为例,基于MIKE11一维水动力水质模型,以COD、NH_(3)-N、TP为特征指标,研究不同工程方案下河涌水动力及水质改善效果。结果表明:截污、清淤、引水等措施对研究河段的整体水质均有不同程度的提升,可达到水质改善的目的。随着截污、活水工程的实施,北村水系主要河涌典型断面处的水质基本可以达到Ⅴ类水质的要求,引水调水及CSO调蓄池实施后污染严重河涌观测断面污染物浓度下降超过70%,可为珠三角河网水质改善措施提供依据。

MIKE11水质模型在流域水环境中的应用综述

MIKE 11水质模型是应用于水体进行情景模拟预测的数学模型,是研究水体环境的重要工具。本文简要介绍了MIKE 11水质模型,总结MIKE 11模型在流域水环境的污染治理、感潮河网治理、水环境容量计算、流域安全预警等方面的应用。

基于SWMM和MIKE11的城市河流水质动态模型构建及应用

为了对城市河流水污染治理提出精细化控制建议,科学合理地制定流域水环境综合治理措施,以茅洲河为研究对象,基于Visual Studio开发SWMM与MIKE11的耦合程序,采用映射配置文件将两个模型的空间拓扑关联,构建了城市河流水质动态模型,并在模型率定验证的基础上将其应用于流域水质情势预测。结果表明:城市河流水文-水动力-水质耦合模型具有较好的模拟能力和适应性,可用于类似流域水质动态模拟、预测及评估。

基于MIKE11的浑太河水动力水质模型研究

基于MIKE11构建了浑太河流域主干河流—浑河、太子河水动力水质数值模型,并对浑河闸、葠窝水库两座大型水利工程进行概化处理,利用长序列逐日水文资料对模型参数进行率定与验证。研究结果表明,水动力、水质及可控制水工建筑物模拟精度高、拟合效果好,能够充分反映研究河段水动力及水质特征,可为水质预测、水质水量联合调度等水利工程相关研究提供模拟响应工具。

MIKE11水动力水质耦合模型在北方某水源地治理工程的应用

针对近年来水源地周边污染源威胁到供水安全的问题,采用MIKE11模型软件建立水动力水质耦合模型,以我国北方某水源地为例进行了水质趋势变化模拟,并对治理方案实施后的效果进行了预测,为论证实施的水源地综合整治措施有效可行提供技术支撑。

数字孪生丹江口水质模型关键技术与应用

数字孪生技术作为近年来的创新技术,通过构建精确的虚拟模型实现了对实际物理世界的高度映射,为解决传统水质安全管理中的难题提供了全新的视角和方法。水质模型是实现数字孪生湖库水质安全精准映射和虚实互动的核心。围绕南水北调中线工程的水源地——丹江口水库的水质安全管理需求,针对传统模型存在的模拟失真、误差累积、计算速度慢及无法满足突发污染事件实际决策要求等各种技术难题,提出了一种新型三维水动力水质模型,并利用实地流场观测和水质监测数据进行了模型校验。结果表明:该模型主要改进了组合σ/z网格、总磷本构方程、突发污染投药处置模拟、OpenMP并行计算、水动力预计算和双时间步长模式、污染团扩散轨迹示踪等关键技术,显著提升了模型的计算效率和模拟精度;通过在2023年汉江秋汛期间对丹江口水库水质安全管理的实际应用,证明了该模型能有效支持水质安全“四预”功能(预报、预警、预演、预案),模拟结果为汉江秋汛防御及汛后蓄水水质安全保障提供了重要技术支撑。

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MIKE11模型的长河动态水环境容量分析

为探究水环境容量的动态特征,明晰非感潮河流水体的污染治理方法,选取山西长河为研究水体,针对COD和氨氮两种污染物,采用MIKE11模型与传统一维水质模型法对比分析水环境容量计算结果。结果表明:1)MIKE11模型法下月均水环境容量史村断面COD为7.59g/s、氨氮为-0.09g/s;双河底断面COD为6.54g/s、氨氮为-0.11g/s;川底断面COD为20.89g/s、氨氮为0.21g/s;石淙头断面COD为19.63g/s、氨氮为1.11g/s。与一维水质模型相比展现出明显的动态特征;2)MIKE11模型法能更好的考虑水质现状、水文要素和排污情况等综合因素对河流水环境容量的影响,计算精度更高;3)丰水期水环境容量最大,枯水期水环境容量最小,其大小与流量流速等水文要素有着密切的关系。研究可为长河水环境保护与治理提供新的思路。

不同调水方案对沙湖水动力及水质影响研究

由于地处降雨量少、蒸发量大的特殊地理环境,沙湖每年都需要调水引流以达到改善水质和维持总体水量的目的。因此调水水量及调水路线的选取对沙湖水质改善有关键的影响。文章基于环境流体力学模型(Environmental Fluid Dynamic Code,EFDC)模型构建了沙湖水动力-水质模型,模拟沙湖水动力、总氮和总磷的时空分布特征,发现与实际数值拟合度较高;并基于沙湖实际调水方案,设置四种调水方案,探究了不同调水方案对沙湖水动力及水质的影响。结果表明调水引流工程能有效加快沙湖水体流速同时降低总氮、总磷浓度,但也会造成沙湖水质波动。相较于减水方案,增水方案对提高沙湖水体流速和降低总氮、总磷浓度的效果更好;与八一渠入流相比,东干渠入流更利于提升沙湖水体流速和降低沙湖总氮、总磷浓度。总体而言,4种调水方案中方案一(增水方案)是改善沙湖水动力条件和水质的最佳方案。

基于MIKE21研究生态补水对巢湖水质时空分布的影响

选取引江济淮工程中引江济巢段的2条生态补水路线,设计3种生态补水方案:方案一为西兆线、菜巢线双线引入巢湖,经裕溪河巢湖闸流出;方案二为兆河单线引入巢湖,由白石天河的白山节制枢纽流出;方案三为生态补水经兆河单线进入巢湖,经裕溪河巢湖闸流出。利用MIKE21软件建立巢湖水动力水质耦合模型,模拟巢湖水动力和水质时空变化过程及4个敏感区域(南淝河入湖口、峔山岛、忠庙和饮用水水源地)的水质改善效果。总体看来,方案二对南淝河入湖口、峔山岛、忠庙水质改善效果最优,而方案三使饮用水水源地总磷(TP)浓度降幅最大。方案二降低了峔山岛、忠庙区域蓝藻暴发的潜在风险,使总氮(TN)/TP分别从14.7、13.4降至7.4、4.0;方案三使饮用水水源地的TN/TP从10.0降至4.8,降低了饮用水水源地蓝藻暴发的潜在风险,但3个生态补水方案中南淝河入湖口区域的TN/TP均在15~20,表明蓝藻暴发风险依然较高。引江济巢工程对巢湖水环境改善有积极的效果,可以保证巢湖市饮用水水源地的水质安全,但由于西半湖的水动力环境未得到改善,蓝藻暴发的潜在风险依然较高,因此,要优化生态补水方案,并有效控制入湖河流流域的地表径流污染、农业面源污染及城市合流制系统的溢流污染。

不同来水条件下洞庭湖二维水动力水质模拟

为研究不同来水条件对洞庭湖水动力水质的影响,本文构建了洞庭湖二维水动力–水质耦合模型,通过改变模型水动力边界和水质边界过程,模拟并分析了江湖水量交换变化和入湖污染负荷变化下洞庭湖水动力水质的响应过程,研究结果表明:① 三峡运行后三口入湖水量、江湖连接处的水力特性发生变化,进而影响湖区水动力水质的时空分布情况,如10月份三峡进入蓄水期,入湖水量减少,湖区TP、TN浓度整体呈上升趋势,但由于长江干流来水减少,出湖口水力坡度加大,东洞庭湖站至出湖口区域的TN、TP浓度有明显的减少趋势;② 当保持基准年入湖流量过程不变,使入湖污染负荷量整体减少10%时,西洞庭湖北部、南洞庭湖南部区域TP、TN浓度下降幅度较明显,东洞庭湖站6、7月份,万子湖站5、10月份TP将达到III类水标准,东洞庭湖站9月份、小河咀站7~10月份TN将达到III类水标准。

基于MIKE11的粤港澳大湾区河涌生态补水调度方案评估

为解决粤港澳大湾区跨境河涌鸭涌河生态补水工程与河口水闸联合调度的问题,考虑到外海潮位顶托作用显著,构建了MIKE 11一维河网水动力水质数学模型,并设计不同类型的调度方案,包括天然状态方案、现状调度方案、联合调度方案,评估各方案降低污染物浓度和改善水质的效果。结果表明:在日常补水调度中,若河口水闸调度不与生态补水调度结合,鸭涌河水体更新效率偏低,若河口水闸与生态补水联合调度,在枯水期月份前5 d每天补水2 h的水质改善效果较好,电费较低,综合评价指数最优;而在汛期防洪排涝调度中,不需要进行生态补水调度。此外,水量分析结果表明,不同补水方案的综合评价指数与典型断面的进出水量、进出水量比值的响应规律相反。评估结果可为鸭涌河的水环境质量提升方案提供科学依据。

基于MIKE21的小清河感潮河段水质数值模拟研究

为改善小清河感潮河段水质状况,提高水环境污染防治能力,以小清河感潮河段为研究区,利用MIKE21模型构建水动力水质耦合模型,选择主要超标污染物COD、TN、TP,利用实测水质数据对模型进行率定、验证,并模拟了不同上游来水水质、不同污染物削减条件和不同水文期突发水污染事故共3种情况下感潮河段水质变化,结果表明:经率定、验证后的水动力水质耦合模型适用于小清河感潮河段;当上游来水为Ⅳ类水时,COD、TP基本达标,TN超标,当上游来水为Ⅴ类水时都不达标,应尽量控制上游来水水质达到Ⅳ类标准,并加强流域水体TN污染治理;削减30%的点源、面源污染能够有效减少COD、TP污染,但对TN改善效果不佳;污染水团在平水期迁移过程中对水体的影响持续时间较长、浓度较大,丰水期污染物迁移速度较快,应急处理时间较少。