WASP5水质模型在平原河网区的应用

以平原河网区水环境为研究对象,选择了WASP5系统作为平原河网水质模拟的基本工具,针对WASP5系统自带的DYNHYD5水动力模型功能的局限性,以及平原河网水力调控系统复杂的特征,选择了具有产汇流模拟、闸坝控制模拟及河网水流模拟等功能的三级联解平原河网水动力模型。通过利用C++语言编程,实现了三级联解平原河网水动力模型与WASP5水质模型的耦合,使之可以应用于平原河网水环境的模拟。并把研究成果运用到实际引调水工程中去,模拟引调水工程中不同实施方案下的环境效益,为引调水工程实施方案的确定提供了理论依据。     

淮河中游汛期——非汛期洪污调度数学模型

针对淮河中游防洪及防污调度的实际需求,在流域现有水文信息平台和水文预报系统的基础上,以一维模拟为主线,通过对水工建筑物、行蓄洪区等河网要素的概化处理,构建了淮河中游汛期-非汛期全过程防洪防污一体化数学模型。模型主要由水文预报模拟、河道水动力模拟、闸坝泵调度模拟、行蓄洪区蓄行功能模拟及河道水质模拟等功能模块组成,并采用水文-水动力-水质相耦合的集成措施,实现淮河中游多闸坝,多行蓄洪区水量水质的联合计算。模型复演了淮河近年来发生的典型洪水事件和水污染物事件,并和实测值进行了比较。结果表明,所建模型能够准确客观地描述研究区的洪水演进规律和污染物输移扩散规律,根据调度准则,汛期可给出任意断面水位、流量要素及行蓄洪区进出洪量等信息,非汛期可以获取污染团下泄的详细过程,为全年淮河中游闸坝群的洪污调度提供模型支撑。     

自然排水区域内涝模拟技术研究

平原河网地区降雨过程中地面汇集、蓄滞,最终排出到河道是一个复杂的过程,不仅受地形的影响、还受外河水位影响,单纯的一维水动力模型或二维水动力模型无法模拟地面积水与河道水位的同步、实时变化。为了准确模拟降雨过程中自流排水区域地面汇流和河道水位的变化过程、优化区域河道布局规模和调度方式,本文综合一、二维水动力数学模型的优点,将河道与地面进行侧向耦合计算,地面低洼区域与河道进行正向耦合计算,模拟不同工况条件下区域内涝分布情况。结果表明：一、二维水动力数学模型侧向耦合和正向耦合技术可以模拟自然排水区域内涝实时分布情况,并可对不同河道规模和调度方式下区域内涝风险进行判别,为区域城市河网水系布局规划提供技术支撑。     

基于水文水动力耦合模型的三江流域防洪模拟预报应用研究

为解决下游河网站点防洪模拟预报过程中存在预报精度偏低,以及采用水动力模型方法时所需资料数量过于庞大的问题,基于不同下垫面水文特征的分布式架构模型理论,通过对流域内山丘和平原区各阶段产汇流进行分解模拟的方式,建立了以交界面动量与通量交换实现互馈耦合的水文水动力一体化模型。以三江流域为研究区域,构建耦合了上游山丘区、平原区和下游长江水动力模型,利用代表站点开展了全流域一体化模型的率定与验证工作。对流域内 2016—2022 年降雨进行分析和场次降雨大于 100 mm 的多场洪水进行验证,结果显示耦合模型的模拟精度较好,在不需要大量资料的前提下有效提高了平原河网区预报精度及整个流域防洪调度能力,具有较强的借鉴意义,可为其他类似流域防洪模拟预报研究提供参考。     

基于MIKEFLOOD阳澄湖一二维水动力耦合模型研究

针对河湖串联河网区湖泊水力边界受河网动态变化的影响,基于MIKE模型系统,建立了一维河网和二维湖泊水动力耦合模型,为阳澄湖引调水科学决策提供了工具。结果表明,应用MIKE FLOOD建立的MKE 11和MIKE 21耦合模型能够较好地模拟阳澄湖及外部河网的水位过程,模拟误差均在可接受范围之内,且模拟精度可满足计算要求。     

基于SWMM的城市河网情景调控与分析研究

【目的】城市河网调控与分析是防治城市洪涝灾害与水环境恶化问题的重要非工程措施,对不同情景对城市河网进行调控与分析是很有必要的。针对淮安市淮安区洪涝频发与河网水动力不足的问题。【方法】基于SWMM建立了淮安区某片区城市水文模型、一维河网水动力模型,并进行耦合,并以2021年6月17日实测降雨及河道水位数据对模型参数进行了校验,设计并模拟了3种晴天工况和3种雨天工况。构建城市河网水文水动力耦合模型,结合城市河网调控手段,设计并模拟多种工况,对河网流速及水位超警历时进行量化计算与空间分析。【结果】结果显示：模拟模型纳什效率系数为0.79;3种晴天工况调控下,全区河网流速分别达到0.413 m/s、0.509 m/s和0.576 m/s; 3种雨天工况调控下,河网关键断面水位平均超警历时分别为88 min、68 min、51 min。【结论】结果表明：晴天工况调控下,工况3较工况1全区河网流速总共增加了0.163 m/s,河网水动力条件得到明显改善;雨天工况调控下,3种雨天工况河网关键断面水位平均超警历时较无调控工况分别减少13.72%、33.33%和50.00%,总体下降50%,河道在暴雨前...     

夏季引流条件下苏州古城区河网水质变化研究

为探寻城市河网水动力提升对水环境改善的影响,评估引水调流效益,以苏州古城区河网为例,在夏季丰水期条件下通过对不同流量引水条件下数条河流水动力及水质的监测和分析,探讨水动力作用对河网水体的水质改善效果。结果表明,在汛期允许最佳引流条件下,苏州齐门河、平门河及学士河的污染物通量分别下降了15.2%,16.5%和13.2%,其中古城区北部河网水环境改善情况明显高于南部河网。引水调流方案能够有效增强古城河网流动性,而河网水体中COD和溶解氧含量在不同水动力条件下的变化较为敏感,可以作为古城区河网典型水质指标参数,反映水动力调控的影响效果。     

水闸联合调度下河网水动力过程数值模拟研究

在河网地区,为控制河道水体循环、改善河流水环境质量,需要越来越多的利用水闸联合调控技术。但利用数学模型精确模拟水闸控制对水动力过程影响的技术尚不成熟。利用面向对象思想和三级联解法并结合MPI和OpenMP并行编程技术,开发了潮汐河网水动力模型TRNM（Tidal River Network Model）。将该模型用于珠江三角洲市桥河网,利用实测水文资料对模型进行率定后,模拟了市桥河上雁洲水闸建闸前后不同调度方案对市桥河水动力过程的影响。模拟结果与实测结果吻合良好,并行算法大大提高了模型的计算速度。     

平原河网水动力模型及求解方法探讨

参考国内外有关资料 ,根据河网非恒定流水动力模型的控制方程组和汊点衔接条件 ,建立平原河网水动力节点 河道模型。介绍用特征线法 ,有限体积法和有限差分法中的直接解法、分级解法、汊点分组解法、矩阵标识法、非线性方法等求解的基本思路。对比单元划分模型、混合模型以及人工神经网络模型等平原河网水动力模型 ,分析各个模型的优缺点 ,结果表明 ,节点 河道模型原则上可以求解任何水网的水力参数 ,单元划分模型仅适用于河道流速时空变化不大的情况 ,人工神经网络模型的验证比较困难。指出改进和设计计算方法、应用向量运算和并行算法、数值模拟可视化、数值计算模型软件化是河网数值模拟的主要发展方向     

东江三角洲水环境综合模型及其应用研究

平原感潮河网河道密集、水动力学条件复杂,不同条件下水环境状况及影响比较难模拟和定量评价。利用M IKE11软件建立东江三角洲水环境综合模型,可充分利用三角洲河网实测资料建立流域水力学模型、主要污染物运移规律和自净、富集规律的水质模型,并对模型进行率定和验证。利用其进行东江下游及三角洲供水水源保证工程不同布置方案实施前后对东江三角洲区域水环境影响效果模拟分析。通过应用表明,该模型能较好模拟东江三角洲在不同条件下的水环境变化,评价结果可以为该区域水环境保护和水资源管理提供科学依据。     

重污染河流闸坝防污限制水位研究

重污染河流上的闸坝过量蓄水是导致污染团集中下泄造成水污染事件的主要诱因之一。针对这一问题，本文提出和定义了防污限制水位的概念，并以兴利和防污为目标，构建了重污染河流闸坝防污限制水位模型，以研究预防因污染团集中下泄造成水污染事件的闸坝防污限制水位，规范重污染河流闸坝的蓄水量。将该方法应用到淮河流域沙颍河的多个闸坝，计算结果表明，该模型能够有效地求解重污染河流的闸坝防污限制水位，具有一定的实用性。这对重污染河流开展闸坝防污调度研究提供重要的技术支撑。     

多闸坝分汊河流的洪水实时模拟和调度

采用一维非恒定水流数学模型耦合闸坝水力学模型,构建了可用于多闸坝分汊河流中场次洪水实时模拟和调度的模型。该模型分别对河流分汊、多闸坝泄水和断流进行处理,增强了模型的实时性和稳定性。基于该模型对北运河杨洼闸以上河道进行洪水模拟和调度,验证结果表明模拟结果令人满意。根据不同重现期场次洪水演进结果提出的调度方案为北运河重要闸坝的调度决策提供了技术支持。     

灌河潮流界位置确定与港口防淤探讨

盐城市位于江苏省中部,地处黄海之滨,承接里下河腹部区的排水,区内入海河流众多,在这些入海河流上大多建有挡潮闸坝。但由于盐城市近海为淤积型海岸,闸坝的建设改变了河口的自然状态,造成港口下游淤积严重,排水不畅。灌河作为江苏省沿海唯一下游没有建挡潮闸的重要入海河流,仍为自然状态,下游港口未淤积。本文通过对灌河水体涨、落潮中氯离子含量的监测,找出海水上溯的最大距离,确定其影响范围,为其它入海流河流的防淤提供借鉴。     

淮河流域问坝特征及其对水质 改善作用分析

以淮河部分干流、沙颖河水系、涡河水系、淮河干流南岸诸水系为研究范围,在详细介绍闸 坝基本资料的基拙上,阐述淮河流域闸坝分布特征,定性分析了闸坝对水质的改善作用,提出了闸坝 改善河流水质作用的量化指标。本研究对进一步了解淮河流域的闸坝情况和闸坝作用有借鉴意义,也 为闸坝改善河流水质的进一步研究提供了思路。     

基于区域水环境治理的泵闸调度优化

由于历史的原因,铁路、高等级公路的建设阻断了水系的通畅,同时随着城市化进程的加快,使上海嘉定蕰南中部地区的水生态环境不容乐观。为了改善该区域的水环境,嘉定区水务局于2013年进行了蕰南中部地区原型调水试验,试验结果没有达到预期目标。为了解决原型调水试验中出现的泵闸配置不合理的问题,提出了经济合理的泵闸调度运行方案,通过建立水动力计算模型以及一维非恒定流方程组来模拟河流或河口的水流状态,并对比原型调水试验,模拟多种工况下的泵闸调度;同时,采用历史水文资料对模拟调度结果进行验证,最终模拟出了水动力最大化的调度方案。研究成果不仅可为政府决策部门对嘉定蕰南中部地区这一独立区域的后续水利控制工程建设提供参考,还可以为常态化的水资源调度方式提供依据,具有较广泛的意义。     

多级闸门调控下徒骇河流域雨洪资源利用

徒骇河流域缺水严重,水资源供需矛盾尖锐,而汛期雨量丰富且蓄滞工程较为完善,因此提出通过合理地调度使用主河道上的多级闸门来提高雨洪资源利用率以缓解供需矛盾的思路。选用MIKE11软件建立多级闸门调控下雨洪演进模拟模型,主要运用其中的水动力模型(HD)和降雨径流模型(NAM),并将两者进行耦合,设计了闸门全开、水位控制、水位差控制三种调度模式,结合典型年的选取,进行典型工况下雨洪演进模拟。基于模拟结果,利用水量调控计算方法对流域调控水量进行定量分析和比较,结果表明,通过对闸门的调度,可提高雨洪资源利用率,更大程度地解决流域水资源危机。     

城市供水河道抵御突发性水污染事故水利调控措施

城市建设的过程中,要加强供水河道抵御突发性污染事故的能力。以南渡江下游的海口市供水河道为例,建立突发性水污染事故的水动力水质模型,分析污染物到达龙塘取水口的时间及影响历时。提出在龙塘取水口上游建立节制闸和应急渠道,将上游突发水污染事故产生的污染物云团引排到应急渠道中的措施。水动力水质模拟结果表明,该措施可以有效减少南渡江河流中的污染物总量,使突发性水污染事故不会对供水河道的供水产生影响。     

基于模拟-优化的重污染河流闸坝群防污调控研究

针对淮河中游频发的水污染事件，以淮河流域重污染河流沙颍河上的闸坝群为研究对象，基于MIKE11软件的HD和AD模块，构建了多闸坝河流的一维水动力-水质模型。在此基础上，建立了基于模拟的闸坝群防污调控优化模型，并采用多目标遗传算法和模糊优选相结合的方法对模型求解，得到重污染河流闸坝群优化调控方案。在沙颍河的应用计算结果表明，所建立的模型能够有效地适用于淮河流域所开展的多闸坝水质水量联合调度，从而为重污染河流开展闸坝模拟与防污调控研究提供技术支撑。     

基于MIKE Flood的中小河流溃堤洪水演进数值模拟

针对水文资料缺乏的中小河流,以贵溪市罗塘河下游段为例,应用MIKE软件对河流溃堤洪水演进进行了研究。采用瞬时单位线法推求断面各频率的设计洪水,并将其作为洪水演进模型的输入;利用MIKE软件建立了贵溪市罗塘河下游段的一、二维耦合水动力模型,对该河下游段溃堤洪水演进过程进行了模拟;通过模拟分析,得到了溃口流量过程和堤防保护区洪水淹没过程。研究成果可为中小河流洪水风险分析和灾害损失评估提供技术支撑。     

汉江桥闸工程下游河段典型鱼种栖息地模拟研究

探究水利工程干扰下的鱼类生境变化特征是维护河流生态健康的基础性研究。以汉中平川段内汉江三桥桥闸下游10 km为研究河段,利用水文学法和栖息地模拟法计算了生态流量。建立了河段二维水动力学模型,选用宽鳍鱲为目标鱼种,依据其对水深和流速的适宜性曲线确定了流量变化下的生境面积,并采用生境质量分级分析了不同流量响应鱼类生境的变化特征。研究结果表明:两种方法计算出河流生态流量相近,分别为54.3和53.1m~3/s,最终适宜流量为47.8～54.3 m~3/s;在流量8.8～212.7 m~3/s时,相比中等和低质量生境,高质量生境面积随流量的波动更为显著,呈现先升后降的趋势,212.7 m~3/s以上流量的各级生境面积随流量变化较小;高质量生境多分布于两岸和冷水河交汇口,中等质量生境主要分布在河段下游;低质量生境位置相对不固定;研究成果可为桥闸运行和河流鱼类保护提供重要参考依据。