RESEARCH ON HYDRODYNAMIC AND WATER QUALITY MODEL FOR TIDAL RIVER NETWORKS

Hydrodynamic and water quality model for tidal river network is set up withMIKE11 modeling system, according to the features of tidal river networks in plain area. The modelwas calibrated using the hydrological and water quality data of 1999, and the results show that thesimulated values agree with the measured data very well. This model is used to numerically analyzethe effects of low flow augmentation on hydrodynamic and water quality conditions of Suzhou Creek.The simulation results show that the flow augmentation can increase net discharge of Suzhou Creekand improve its ability of re-aeration; and its concentration of dissolved oxygen in the rivernetworks can also increase correspondingly.

AN OPTIMIZATION METHOD OF AQUATIC ENVIRONMENTAL CAPACITY FOR TIDAL RIVER NETWORK

By using the high-efficiency of four-stage calculation method named ＂channel-junction-channel＂ and considering the influence of temporal and spatial variation of aquatic environmental capacity, an optimization method of aquatic environmental capacity for tidal river network was worked out. The method not only reflects characteristics of unsteady flow with variable directions, but also indicates that aquatic environmental capacity is influenced by boundary condition and water quality standard, etc. It has been applied to the regional program of Pudong area in Shanghai, and the computed results agree well with the practical data.

基于数学模型的感潮河网水环境改善方案研究——以上海市金山区浦南东片为例

平原感潮河网地区水环境改善方案制定是一个多目标、多变量的优化问题,以上海市金山区浦南东片为例,通过建立水动力数学模型,研究不同工程方案和调度方案组合下,区域中小河道水动力条件和水环境质量的改善效果。研究表明,通过增加南排杭州湾口门等工程方案,可扩大研究区域的引排水量,对南部、东部片区河道水动力条件改善效果明显;通过灵活运用水资源调度方案,可进一步实现不同片区中小河道水动力的显著提升。

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。

卷积神经网络方法在涌潮水动力特性演变中的应用研究

该文基于开源软件OpenFOAM求解雷诺平均的Navier-Stokes方程,实现了对于波状涌潮(Fr=1.2~1.3)的数值模拟,并与物理实验数据比较,验证了数值模拟的准确性。使用CONV1D卷积神经网络模型对数值模拟数据进行了学习,预测出在具有斜坡地形上的涌潮水动力发展过程。对比涌潮到达x=30.0 m测点处的用时和该测点的最高水位的模型预测结果与数值模拟结果可知:到达用时的平均相对误差为2.28%,最高水位的平均相对误差为3.73%。较小的相对误差证明了CONV1D模型的准确性。该文对于涌潮的水动力过程模拟、与涌潮相关的灾害预警以及初生涌潮未来发展趋势研究都具有一定意义。

感潮河网中围区内河道水环境容量研究

水环境容量是水资源规划管理的一个重要依据,为研究感潮河网中围区内河道水环境容量,分析了现有的水环境容量计算方法,根据感潮河网中围区内河道水文水动力特征,在感潮河网四典型流模式的水环境容量模型基础上,提出了基于一维动态水质模型解析解的单围区整体模式的水环境容量计算方法,并且成功应用于容桂联围内河涌水环境容量的计算。结果表明,该方法对于感潮河网中围区内河道水环境容量计算简便且有效。

浦阳江流域感潮河段洪水预报研究

浦阳江流域中上游属感潮河段,易受下游洪水顶托影响,导致预报站水位流量关系不稳定,给洪水预报作业带来难度。以诸暨站以上流域范围为研究对象,选用1990—2021年间具有代表性的20场洪水,建立三水源新安江模型,对诸暨站流量进行预报;基于BP神经网络优良的非线性映射能力,建立以湄池水位、时段降雨量、安华水库下泄流量、诸暨站预报流量等为输入因子的诸暨站水位预报模型,以探究该模型在诸暨洪峰水位预报中的适用性。结果证明2019—2021年的场次洪峰水位预报效果较优,场次水位相对误差均保持在2.5%以内。

感潮河网口门处舾装码头工程对引排水的影响

与内陆地区相比,城市感潮河网在防洪排涝和水环境保护等方面面临较大压力,沿江水闸利用潮差进行内河引排水是提升感潮河网防洪排涝能力、改善水环境的有效途径,但临江工业的发展与感潮河网引排水容易形成矛盾。以南通农场闸闸口附近的惠生重工3#舾装码头新建工程为背景,采用数学模型研究舾装码头工程对感潮河网引排水的影响,提出一种将船舶概化成活动闸门的船舶阻水作用分析的等效处理方法,并验证其合理性。研究认为舾装码头工程口门拓宽疏浚措施对感潮河网排水排涝有利、对感潮河网引水不利,口门泊船对感潮河网引排水影响甚微。

平原河网地区感潮河段排涝泵站规模论证研究

本文以广东省中山市西河泵站工程为例,根据中顺大围现状排涝分区与体系,采用水量平衡法、等流时法、一维水动力模型法对泵站规模进行论证研究,分析得出泵站的排涝设计流量,为平原河网地区感潮河段排涝泵站规模论证提供参考。

数字孪生太浦河防洪及供水“四预”业务应用设计与实现

针对太浦河防洪及供水保障数字孪生系统建设要求,基于UE引擎、GIS、无人机航拍数据、监测信息及共享信息等多源异构数据构建平原感潮地区数据底板;通过太浦河模型平台和可视化引擎,形成以事件为驱动的太浦河防洪及供水预报、预警、预演、预案的“四预”孪生系统,并建立太浦河历史水情、雨情、工情、水质等信息与调度预案方案间的映射关系,关联提示方案预案并实现智能推荐应急处置。场景化构建太浦河防洪及供水“四预”全过程,服务太浦河综合调度需要,可为平原感潮地区数字孪生“四预”业务应用建设提供案例参考。

平原感潮河网地区河道水体表观污染评价及来源解析

以佛山市大沥镇河道为研究对象,采用表观污染指数法及表观污染类型的分类方法,从污染程度和污染类型2个角度对平原感潮河网地区河道水体表观污染状况及污染源进行评价,并利用正定矩阵因子分解模型定量解析污染源。结果表明:佛山市大沥镇河道水体表观质量整体不佳,表观污染类型以混合主导型为主,夏季和晚春的表观污染程度重于早春。不同片区水体表观状况从优至劣依次为镇水围片区>白沙片区>盐联围片区>黄岐盐联围片区>谢边涌及香基河片区>泌冲片区>后海片区。退潮时段河道水体表观质量较差,且涨退潮对镇南部河道水体表观质量影响较大。不同表观污染类型河道的污染源类型及贡献率不同,有机主导型(黑臭)的主要污染源为点源污染(52.61%);有机主导型(水华)的主要污染源为农业面源(35.98%);营养主导型的主要污染源为种植业污染(51.43%);无机主导型的主要污染源为地表径流(41.50%)。研究显示,大沥镇河道水体表观污染时空变化较为显著,不同表观污染类型的污染源具有差异性,需分类治理,从而改善水体表观状况。

典型感潮河网浮游藻类功能群时空变化特征及水质评价

将形态、生理和生态特征相似的浮游藻类归为一组提出的功能群理论,可以从物种功能性的角度评价,更好预测水生态系统的变化。然而,目前该理论多应用于湖泊和水库,在复杂且受潮汐影响的感潮河网,浮游藻类功能群的研究相对不足。以中国大型感潮河网区珠江三角洲河网的腹地为研究区域,分析不同水期和涨退潮对该区域浮游藻类功能群的影响,探讨其时空变化特征及指示作用。结果显示,研究区域水体中共鉴定出浮游藻类127种,隶属于25个功能群,对应枯水期(1月)和丰水期(7月)的平均丰度分别为24.0×10^(5)ind·L^(-1)和52.7×10^(5)ind·L^(-1)。枯水期的优势功能群为P、J、MP,而丰水期的优势功能群为J、P、S1。浮游藻类的群落结构在不同水期有显著差异,但在涨退潮无显著差异,优势功能群组成一致。冗余分析结果表明,优势功能群与高锰酸盐指数、总磷、总氮、浊度、渠道化程度呈正相关,与溶解氧、透明度、植被覆盖度呈负相关。各样点浮游藻类功能群组成的相似性在枯水期主要受样点间的距离和潮汐的影响较大,而在丰水期受闸坝阻隔的影响更显著。基于功能群组成的聚类分析结果与基于水质指标的富营养评价结果一致。浮游藻类的Shannon-Wiener指数与Margalef指数表现出相似的变化趋势(r=0.933,P=0.000),但与Pielou指数的相关性不显著(r=0.203,P=0.187)。综上,研究区域水体现正处于中-富营养型,丰水期水质稍好于枯水期。该研究可为了解感潮河网区浮游藻类功能群对水生态系统变化的响应提供参考,为感潮河网水生态管理和保护提供科学依据。

崇明岛河网水污染特征及防治研究

为探究崇明岛河网水污染时空分布规律,助力世界级生态岛建设,依据崇明岛779个实测断面水质数据,采用污染物平衡结合河网水动力水质模型的单因子评价方法,进行了污染时空深度分析。结果表明:崇明岛河网水质达标率为69.2%,污染强度较高的地区与粮食产区、城桥镇等中心城区高度吻合,其余地区污染分布分散均匀且遍及全岛;崇明岛河网水质月际差异明显,4月~10月超标水体占比51.69%~96.27%,11月~3月超标水体占比27.08%~44.46%;种植业是崇明岛河网污染的主要来源,冗余的氮、磷元素沉积和吸附在土壤中,夏秋季伴随农田漫灌及强降雨进入河网;污染物主要囤积于支级河道中,骨干河道水量占比46%,纳污量占比28%,支级河道水量占比54%,纳污量占比72%;引排水能起到一定的削减作用,河网自净降解量大于引排水削减量;可通过净化支级流域末端尾水、提升支级河道流动性、开展高污染片区集中治理、加大引排能力及频次等针对性措施有效改善污染程度。

基于MIKE耦合模型的典型平原感潮河网地区排污口水环境影响研究

为探究长江三角洲平原感潮河网地区入河排污口设置对水环境的影响,以泰兴市某工业园区排污口为例,基于MIKE11及MIKE21建立水动力水质耦合模型,模拟COD,NH3-N,TP等目标污染物的迁移转化,分析不同污染物浓度扩散规律。结果表明,经率定验证后的耦合模型水动力模拟精度较高,水质模拟误差PBIAS小于25%,可较好的适用于计算区域多元污染物的迁移转化模拟;排污口尾水正常排放后两条入江河流五、六圩港水质均达到地表水Ⅲ类标准,事故排放时污染物入江通量显著增加;入江污染负荷的增加使长江污染物高浓度区域占比增大,涨潮时污染带有明显上溯趋势,落潮时最远可扩散至六圩港入江口下游1.05 km。

福州仓山龙津阳岐水系补水活水策略研究

以福州仓山龙津阳岐水系补水活水项目为例,结合项目所在区域特征,采用适合平原河网地区且能灵活调度水工建筑物的MIKE 11模型,对不同工况下的补水活水方案进行模拟。所提出的补水方案是:丰水期进行自然纳潮补水,补水方向为南引北排;枯水期因闽江潮汐动力不足,应利用泵站补水,补水方向则为东引西排和南引北排。所得结论可为后期水系运维调度提供指导。

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。

珠海横琴新区水系引水调控效果模拟研究

珠江三角洲感潮河网区,利用外江潮位和内河水位涨落潮差引清调水是改善感潮河网水环境的一种有效途径。珠海横琴新区中心沟位于珠江三角洲感潮河网区,为改善横琴新区中心沟水环境,建立一维水动力水质数学模型,开展改善区域水动力水环境的调控方案研究,计算分析原调控方案及优化调控方案换水效果。模拟结果表明:优化调控方案区域流速增加了0.20 m/s、半交换周期减少了101.5 h、换水率提高了1.1倍,区域水环境改善效果明显。研究成果对于感潮河网区引水调控方案的实施有一定的借鉴价值。

面向水环境改善的水系调度方案研究——以A联围为例

水环境是生态环境建设的重要一环,科学合理的水系调度是维持水环境健康发展的长效保障措施。A联围位于我国南方沿海,属于平原型感潮密集河网地区,拟通过水系调度来提升区域水环境。本研究基于MIKE 11模型软件建立A联围水动力-水质耦合模型,对现状闸门调度方案进行优化,以达到改善水动力、提升水质的效果。模拟计算结果表明,科学合理的水系调度可有效改善区域水环境,在推荐方案下,内河涌氨氮平均浓度较现状调度方案下降约22.11%,河涌达标率提升至85.85%,为实现A联围水质全面达标奠定了技术基础。

平原感潮河网地区控制片主要口门设站的选择分析

为及时、准确地监测水文站网控制片与外河交换的水量,需根据河道水情、现场环境、工作需求等情况合理规划主要口门的设站批次,有计划地完善站网布局。以上海市青浦区为例,梳理区域控制片主要口门设站现状,利用已有数据资料,从区域发展、河道级别、模型需要、水量大小和流量变幅方面分析设站的必要性,从水层代表性、断面地形、站址条件、基础建设成本和流速分布方面分析设站的可行性,采用目标分解法建立设站指标体系,利用德菲尔法确定各指标权重,再应用线性加权求和法进行综合比选,进而确定主要口门设站的批次。结果得到青浦区控制片主要口门设站3个批次,各批次分别有7,5和3处,可为南方平原感潮河网地区控制片主要口门设站的选择分析提供新的方法。

河道采沙对珠江三角洲水情及水环境影响分析

珠江三角洲水系属于典型的潮汐河网,水流同时受到地表径流及沿海潮位的双重影响。自20世纪80年代以来,该水系大规模的人工挖沙导致了水文条件、河床演变自然进程的较大变化。根据潮汐河网的水力特性,建立了用于模拟水位、流量时空变化的一维河网水动力数学模型,并根据由灰色模型预测的因挖沙引起的未来年份的河床演变情况,分别预测分析了不同水平年在丰水期、枯水期两种代表水情下的水系水位、流量变化情况。并对由此可能产生的对环境的影响进行了初步分析。