具有闸、堰的一维河网非恒定流数学模型及其在多闸联合调度中的应用

对含有多个闸、堰等水利工程的河网,从闸门运用和河道行洪两方面考虑,采用三级联解法建立一维河网非恒定流数学模型,提出双向迭代内边界控制法对具有闸、堰的特殊河段求解。将这种模型应用于天津市永定新河洪水演进计算,考虑了该河网复杂的水闸控制条件,模型验证的结果和实测资料基本一致,将其应用于多闸联合调度方案的数值模拟,对永定新河下闸位建闸方案的确定和建闸工程的实施具有积极的指导作用。     

杭州江北主城区排涝格局优化研究

通过分析杭州江北主城区涝灾成因和区域防御总体能力,优化城区排涝格局,提出城市包围方案,为开展新一轮城市防洪排涝规划和治理工程提供决策参考。基于区域已有的杭嘉湖区域水利综合规划、杭州市城市防洪减灾规划、杭州城西科创大走廊水利专项规划等推荐的水利防洪排涝工程基础上,采用一维河网非恒定流数学模型,建立杭嘉湖东部平原防洪水利计算模型,计算城市包围方案实施效果。研究结果表明,通过北控线建闸建泵并进行优化调度,杭州江北主城区既能满足排涝标准,主动防御,又能最大程度减轻对下游地区的防洪压力,兼顾流域防洪。该研究成果对确定城市防洪排涝方案具有借鉴意义。     

沿海河网地区水流水质模拟分析

沿海河网地区水系复杂,水体存在水深较浅、流速缓慢、顺逆不定、水体自净能力不强等问题。本文以沿海平原河网地区的如皋市水环境为例,根据其水系特点和实际需要建立一维河网水量水质耦合模型,并利用2009年6月的水文、水质监测资料对模型计算结果进行验证。验证结果表明水质模拟结果较理想,模型能较为准确地反应河网水流、水质变化趋势,可用于该地区的河网水质改善研究。     

太湖流域水资源综合规划数学模型

该系统是正在开展的太湖流域水资源综合规划的专题项目之一，其研制的主要目的是模拟流域平原河网地区水流运动情况，对河湖水量、水质进行联合计算，研究水资源配置方案等。系统主要包括河网水量、废污水负荷、河网水质、太湖湖流和太湖湖区水质等5大模型以及与流域产汇流模型进行的系统整合计算等。系统基础资料库和模型库建立前台一体化操作平台，采用空间地理信息和数据信息相结合、方案生成和方案结果数据库管理等多种最新信息处理技术，提供强大的集成管理和分析功能，并充分考虑了系统先进性、实用性、可靠性、开放性、灵活性和扩展性的要求。     

一维潮流与含氯度耦合数学模型及其应用

针对东江三角洲的实际情况,建立一维潮流与含氯度耦合数学模型,通过对东江下游及其三角洲供水水源工程8个基本布置方案的对比分析,定量计算不同方案对水动力条件、咸潮界的影响。结果表明:该模型能较好地模拟潮流与含氯度的变化,可为东江三角洲河网区河道治理、城市供水工程建设等相关问题的研究提供科学依据及技术支撑。     

引水改善城市河网水质效果评估研究

引水仍是目前改善城市河网水质最常用的方法之一,但引水对河网水质改善的整体效果缺乏统一的评价标准和评估体系。以杭州市江干区为例,构建了一维河网水质模型,模拟了不同的引水水量和水源水质方案下河网水质改善情况;利用水质改善率、类别变化指数和浓度变化指数分析了引水对河网水质的改善效果。结果表明:引水水量对河网水质有一定的改善效果,但随着引水水量的增大,河网水质改善幅度逐渐变小;水源水质的提升对河网水质提高有明显效果,且改善幅度随水质的提升而提高,是影响引水效果的关键因素。     

咸潮影响河段取水水源可靠性的分析

为分析咸潮河段取水水源可靠性,通过建立潭江一维河网水质数学模型和实测资料分析结合的方法对银洲湖纸业基地潭江取水口布置进行探讨。一维河网水质数学模型采用上游设计枯水流量遭遇下游典型潮的计算方案,并在枯水期对取水口上下游河段氯离子质量浓度进行了同步实测。计算分析结果表明:潭江取水口取水流量可靠,满足设计保证率取水要求,取水水质也基本满足要求,但在P=97%特枯年份受咸潮影响情况下会出现短时段氯离子超标现象。在采取一定取水风险的规避措施情况下,该取水口取水水源是可靠的。     

湖泊-河网耦合水动力水质模型研究

根据太湖地区水系复杂、湖泊众多、河道水流方向复杂多变且受到人为干扰的特征,基于一维河网水质模型,二维湖泊水质模型,采用有限控制体积法获得离散的水动力学和水质模型控制方程,通过河网与湖泊连接断面上河流的流量、水位、水质与湖泊的流速、水位和水质耦合求解,解决了河网湖泊水质模型的耦合,并将闸站控制对河流湖泊水动力水质影响过程进行了时间空间的线性化处理,以边界条件方式将闸站控制带入模型代数方程中进行统一求解,建立了适合于太湖流域的湖泊河网耦合水动力水质模型.采用太湖典型流域河网区2007年实测水文水质资料对耦合模型进行率定和验证.结果表明,模型计算值与实测资料吻合较好.该模型适用于复杂湖泊-河网区的水动力和水质变化的模拟和研究.     

江苏无锡市中心城区河网最高水位分析

对无锡市中心城区运东大包围河网15条骨干河道进行概化,建立了无锡市中心城区河网区一维水动力数学模型,并采用实测水位资料对模型参数进行了率定和验证。根据20年一遇典型降雨条件计算产汇流过程,采用所建立的数学模型,在枢纽泵站抽水、管网自排区、圩区和排水片同时启用时对大包围调度方案进行了研究。河网水位过程计算结果表明,大包围内河道水位西低东高,水面比降较大;中心城区河网中心区水位较高,各泵站前水位较低,部分河道断面过流能力不足;最高水位出现时间一般处于最大降雨量时段的最后10min内;中心城区一维河网模型可以为防汛指挥部门提高中心城区大包围控制工程的运行效率以及防洪排涝联合调度方案优化提供建议和技术支持。     

一、二维嵌套模型在河口工程中的应用

在圣维南方程组基础上建立了适用于大型复杂河网计算的一维河网数学模型,并在工程局部嵌套平面二维数学模型。计算中先采用三级联解法求解整个一维河网模型,以一维模型计算结果作为边界条件代入二维模型计算,对控制方程进行了泊松变换,再运用有限分析九点格式求解,从而减少了在完全耦合解时必需的迭代次数,缩短了计算时间。最后以珠江三角洲虎门出海口上的虎门大桥工程河段为例,对模型进行了验证计算。     

入太湖河道水质达标研究——以无锡新区伯渎港为例

利用河网区非稳态水量、水质数学模型及水文、水质、污染源同步观测资料,推求了河道糙率及水质降解系数。通过建立的河网模型计算了不同水质、水量及污染源条件下伯渎港河COD、氨氮水质浓度,对伯渎港河的水质达标性进行了研究,提出了使水质达标的工程措施。研究表明,边界水质条件对伯渎港水质达标影响很大,要根治水环境,必须从源头抓起,进行截污。     

感潮平原河网水流水质计算模型应用研究

根据平原河网在不同水文时期关注的目标,应用建立的水流水质计算模型,对研究区历史发生的5场洪水水流进行了验证,并对现状枯水期水流和水质进行了计算。结果表明,模型对洪水水流预报和枯水水流及水质计算都能达到较高的精度。通过研究区河网水环境现状验证,提出了枯水期相应的水质改善方案,为地区河网水资源的综合利用及水环境管理提供了决策依据。     

广州市荔枝湾感潮河网引清调水方案研究

为改善广州市荔枝湾河网水质,研究城市内河涌与外江之间的水体交换规律,基于Saint Venant方程组和对流扩散方程,建立了感潮河网一维水流水质数值模型。针对实测水质数据普遍比较缺乏的实际情况,引入了基于污染物相对浓度的水体交换指标,发展了一种简便有效的水环境调控评判方法,计算和分析了河涌连通、水闸、泵站建设和调度等措施对河网水体交换的影响,提出了引清调水的优化方案。研究方法和成果可用以制定、优化调水方案并为区域水系规划和建设提供依据。     

平原河网地区水环境模拟及污染负荷计算

根据台州市河网地区水体的水动力、水质特性及污染负荷,利用MIKE-11软件,建立了河网一维水动力和水质耦合模型。利用实测水位、NH3-N、COD质量浓度进行了参数的率定和验证。在水动力水质模型的计算结果的基础上,计算水环境容量及其现状入河污染物负荷,构建了台州市区河道污染物负荷历时曲线,计算出COD和NH3-N在各个流量历时区域内的削减量和削减率,旨在为平原河网地区水环境保护和水资源管理提供依据。     

基于MIKE模型的珠江三角洲洪潮数值模拟分析

珠江三角洲口水系纵横,水动力条件复杂多变,造成对河口地区进行数值模拟存在一定困难。尝试利用MIKE建立水动力模型对该地区洪潮进行数值模拟;对于河道的数值模拟,采用“半耦合”技术,一维出口边界固定为水位边界,一维计算结果为二维提供流量边界条件;二维进口固定为流量边界,二维计算结果为一维提供水位边界条件。结果表明：主要站点计算潮位特征值与实测潮位相比,误差均小于0.10 m,计算潮位过程与实测潮位过程吻合,相位误差基本小于0.5 h;最大流速出现时间偏差小于0.5 h,流速过程线的形态基本一致;主要站点断面计算最大涨落潮流量与实测最大涨落潮流量误差一般小于10%,河网区各水道糙率值基本为上游河道大于下游河道,符合河道糙率沿程变化的自然规律。说明基于MIKE水动力模型在进行珠江三角洲数值模拟是可行的,对于相关生产项目的开展具有一定的参考价值。     

南通市引江调水对河网水环境改善效果的模拟

为客观评估南通市引江调水对河网水环境的改善效果,针对该地区进行了河网概化,建立了河网水量水质模型。利用该模型进行了各分区的调水水量分配计算,分析了不同轮次调水对河网COD、NH3-N浓度的改善效果。计算结果表明：通州分区和如皋分区在第2轮引水后水质得到明显改善,如东和海安分区在第4轮引水后水质得到明显改善。研究证实引江调水是一种改善水环境的行之有效方法,为南通市调水方案实施提供了科决策依据。     

混合单元系统水质模型及其在闽江流域的应用

河流水质模型是模拟和预测河流水质状况的科学依据。对于中型河流，我国过去一直沿用一维移流弥散迁移方程。由于河流地理条件和水流特征的复杂性，此模型模拟计算的结果与实测值差异较大。本文选择闽江水系某河段做染色剂示踪试验，通过水流结构的深入分析，应用物质传输的基本原理和严密的数学推理方法，建立起河流混合单元系统水质模型并确定模型参数。此模型在不同地理条件和水流特征情况下能更准确地反映河流水质的实际状况，计算方法简单，可在国内外中小河流和河网地区推广应用     

杭嘉湖东部平原嘉北地区防洪能力分析

利用1维河网非恒定流数学模型对杭嘉湖东部平原进行河网水力计算,客观地评估了嘉北地区的防洪排涝能力,分析了影响因素,供防汛决策参考。     

基于有序流动的平原河网区水环境联合调度探讨

平原河网地区是城市发达,人口密集的地区,同时又具有水系复杂,水流无规律等特色,合理调控水利工程,促使河湖水体有序流动,对于改善区域水生态环境意义重大。目前,国内外关于水环境调度尚处在探索阶段,以杭嘉湖区作为典型研究区,通过对该区域水体有序流动格局和目标参数分析,采用太湖流域河网水量水质数学模型,研究区域水利工程不同的调度方案对于水体流动性及河网水环境的改善作用。结果表明,通过合理调控杭嘉湖区闸泵水利工程,妥善处理杭嘉湖区三向引水格局,以东导流和太湖为主要引水水源,结合南排工程运行,辅以从太浦河进行引水,可以保持适当的水位差,促进水体流动,对水环境改善起到了一定作用。     

尾闾段河网一维水流数学模型应用研究

尾闾段河网常常是连接上下游的水上通航要道,且上游洪水需要通过尾闾段河网下泄,这就使得尾闾段河网水流运动的研究成为非常重要和十分必要的课题之一.在对尾闾段河网水流的运动特点及一维河网计算的研究现状评述的基础上,选用自编程序“河网水动力模型”和商用软件HEC-RAS分别建立一维河网水流模型,应用于赣江尾闾段,针对洪水流量、中水流量和枯水流量分别计算沿程水位.在洪水流量下,根据计算所得的水面线,找出各主要站点的水位作为警戒水位,当该站点水位有接近警戒水位的趋势时,提请有关部门应做好防洪工作.在中水期,主要考虑造床流量的影响.在枯水期,根据计算得出的水位,得到各主要站点的最低通航水位,为枯水期能否顺利通航提供依据.