基于WASP5氮原理的二维水量水质耦合模型及应用

为解决现状水体二维水质模型污染因子反应原理单一的问题,将WASP5 水质模型总氮循环的基本方程作为源项,采用有限体积法(FVM)配合通量向量分裂格式(FVS)的问题水体二维水量水质耦合的数学模型,并应用于某湖区水体二维水域的水量水质数值模拟,模拟成果验证了该耦合模型具有较高的可靠性与推广性。     

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。     

一维水质模型对河流污染物扩散的简单模拟

利用一维水质数学模型模拟污染物扩散情况,以此进行水质预报和预警预测,制订污染物排放标准和水质规划,有效地防治水污染。文中一维水质模型用LW-Lim进行离散,然后借助二维水质模拟软件,考虑一维扩散条件下进行数值计算,揭示污染物扩散趋势和影响范围。     

淮河干流淮南段二维水质模拟

利用二维水质模型，基于交替方向法（ADI法）对模型进行离散求解，结合面向对象的MATLAB高级编程语言，编制了水质模型计算程序，对淮河干流淮南段（鲁台子至田家庵河段）的污染物浓度场进行了数值模拟；并利用MATLAB的图形可视化技术，对水质模型数值模拟结果进行了图形化处理。经模型验证，模拟结果与该段河流的实际水质监测结果基本吻合。     

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.     

暴雨对梁子湖水动力和水质的影响研究

为了分析在暴雨条件下,流域面源污染对梁子湖水质的影响,采用分布式流域面源污染模型,结合湖泊二维水动力水质模型,以暴雨产生的面源径流和污染负荷作为水动力水质模型的边界条件,构建了包含暴雨径流-面源模型与二维水动力水质模型的梁子湖水质模型体系。采用梁子湖水质的实测资料对模型进行了验证,其结果为面源模型的误差在15%以内,水质模型误差在20%以内,表明模型能模拟暴雨条件下面源径流和入湖污染物输入时湖泊水动力及水质的动态响应关系。以2010年7月11日暴雨过程为例,利用所建模型对暴雨前后梁子湖水质变化进行分析。模拟结果表明,水质受暴雨及污染物的冲击影响较大。     

造纸行业退水影响分析方法研究

本文简要介绍了造纸行业的主要产污环节、污染物种类、特点及水资源论证对造纸行业退水影响论证的要求。基于现有水质模型的分析,对受纳水体不同水流条件水质模型的适用性和参数识别进行了探讨。以安徽某造纸厂退水影响为实例,利用二维水质模型对退水进行了模拟,预测了污染物的空间分布,得出污染带的最大长度、宽度和浓度的分布,最后对有关问题进行了探讨。     

洪泽湖入湖河流对湖区水质的响应关系

为提升洪泽湖水质的改善效率,基于EFDC构建洪泽湖水动力水质模型,将入湖河流概化为边界入湖源,对入湖源污染物质量浓度进行50％削减作为情景模拟工况,以TN和TP为水质模型输出目标,用单一控制变量法进行情景模拟.研究结果表明,在时间角度而言,丰水期淮河入湖源对湖区水质的贡献能力最强,平水期徐洪河入湖源对湖区水质的贡献能力...     

非恒定水流的一维、二维耦合数值模型

从数值波在每一时间步长内传播的距离不超过Courant数个网格点的基础出发，采用时间滞后条件，构造了虚拟的重叠计算水域。利用重叠－投影法，在连接（点）处建立一、二维耦合模型，实现了由一维计算水域向二维计算水域的准确过渡。采用一、二维耦合模型和全一维模型对上海市淀南片河网的验证计算表明，一、二维耦合模型能较好地模拟非恒定水流，且具有一定的可靠性和实用性。     

西江金利镇段的水流-水质数值模拟研究

建立了基于有限体积法的二维水流水质数学模型体系,并采用水位床底方程法（ Water Level bottom topography Formulation, WLF）处理底坡源项,保证计算格式的和谐性。将模型运用到西江金利镇段水流水质数值模拟中,模拟得到西江金利段水动力情况与实测值吻合度高,同时预测得到的污染物浓度较合理。模拟结果表明,有必要对金利镇生活污水及生产废水采取措施,加强区域环境管理,以保障该河段水质安全。     

考虑侧向出沙的河网非均匀沙输移

引水进入河网可快速地改善水质,同时也会造成泥沙淤积问题。水流在主干河道行进时将挟带泥沙向连通支流扩散,因而计算河网泥沙输移时应考虑侧向出沙问题。根据作者在杭州西部河网若干测站进行的全年实时水位-流量和逐日泥沙实测资料,建立了适用河网的对数型非均匀沙挟沙能力公式,进而结合侧向出流首次导出了考虑时变侧向出沙的河网非均匀沙输移计算方法,据此改进了一维河网输沙微分方程和离散计算模式。经实测资料验证,计算与实测值符合良好。对杭州西部河网进行的输沙计算显示,侧向出沙约占淤积总量的11%,这意味着河网模型不考虑侧向出沙会造成较大的误差。     

浅水湖泊群连通与调水的二维水动力-水质藕合模型研究

将湖泊群连通并进行引清调水的水环境污染治理模式在浅水湖泊分布比较集中的地区逐渐受到人们的关注.为了探究独立湖泊群相互连通引水后各湖区的水动力水质变化情况,以武汉大东湖生态水网工程的建设为背景,建立了湖泊群二维水动力-水质耦合模型.采用适合复杂边界的非结构化网格,考虑湖底地形和气候条件,考虑污染物的输入、迁移和转化,以及蓝藻等浮游生物的生长条件,分别利用东湖2006年6月和2007年6月的野外数据对所建模型进行参数的率定和校核,并利用2012年6月实测数据对3种引水方案与3种连通模式组合情况下湖泊群的BOD5,TP,TN以及Chl-a等生化指标的变化情况进行模拟,对稳定运行30 d后的模拟结果进行比较分析.结果表明:引水工程中,对于水域面积较大的湖泊,风力作用依旧是影响流场的主要因素;同样的引水流量下,不同的调水方案对水质改善结果有较大差别;湖泊群中隔堤的存在会给湖泊污染治理带来困难,而在湖泊群中适当区域设置生态小岛对水质变化过程影响微弱.     

Simulation of Non-Point Pollutants Evolution in Coastal Plain Island-A Case Study of Chongming Island

The coastal plain region usually shows the agricultural dominated industry mode, so more and more attention is paid to non-point pollutants discharge. In this study, the method for assessing the influence of non-point pollutants discharge on river water quality is probed which is concluded as follows： （1） Considering the costal plain island is characterized as nearly even elevation, the conventional gravitational runoff confluence method based on eight-point gravitational flowing directions （DS） is unable to compute the runoff confluence received by the surrounding rivers, so a new method of triangular confluence based on three-points of grid center and the river segments is presented. Further the equations of non-point pollutants loads estimation and non-point pollutants confluence on rivers are presented. （2） The integration mode of non-point pollutants model and river water quality model is presented so as to further assess the non-point pollutants contribution to river water quality. （3） With the Chongming Island, the third largest island in China, as an example, the above-mentioned equations are specified. For this island, the non-point pollutants loads are estimated and linked to the developed water quality model of the river network in the island, and further the non-point pollution evolution in river network is simulated. In this scenario, the non-point pollution contribution to river water quality over the whole island is clearly displayed, and the area where the river water quality is seriously influenced by non-point pollutants discharge is distinctly depicted. This scenario also shows the water quality contribution ratio of non-point pollution to point pollution can be in the range of 55.5% to 44.5% which proves the importance of non-point pollution control in costal plain islands.     

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。     

江苏省淮河流域纳污能力浅析

依据江苏省水功能区的水质保护目标要求 ,对现状水资源质量进行评价 ,结果表明 ,江苏省淮河流域最突出的超标污染指标为CODCr和NH3 N。用小型湖泊、水库纳污能力计算模型和中小河道纳污能力计算模型 ,对江苏省淮河流域部分湖泊和河道的纳污能力、污染物削减量、总量控制目标进行计算分析 ,并提出目标水平年的污染物削减量和污染物的入河控制量。     

A 2-D HYDRODYNAMIC MODEL FOR THE RIVER, LAKE AND NETWORK SYSTEM IN THE JINGJIANG REACH ON THE UNSTRUCTURED QUADRANGLES

The main river,the Dongting Lake and river networks in the Jingjiang reach of the Yangtze River constitute a complex water system,for which a full 2-D hydrodynamic model is established instead of the traditional 1-D or compound models for simulation of such complex systems,based on the latest developments of computer technologies and numerical methods.To better handle irregular boundaries and keep the computation cost well in a reasonable limit,unstructured grids of moderate scale are used. In addition,a dynamic boundary tracking method is proposed to simulate variable flow domains at different floods,especially,when the moderate scale gird can not describe flows in narrow river-network channels at low water levels.Theθsemi-implicit method and the Eulerian-Lagrangian Method(ELM)are adopted,which make the model unconditionally stable with respect to the gravity wave speed and Courant number restrictions.Properties and efficiency of the model are discussed,and it is concluded that the new model is robust and efficient enough for the simulation of a big,complex water system.Validation tests show that the simulation results agree well with field data.It takes about 0.96 h to complete the computation of a 76 d flood,which indicates that the model is efficient enough for engineering applications.     

浅水湖泊含泥沙影响的水质模型研究

以水体中的污染物浓度(包括液相和固相)为对象,根据对流扩散过程和紊动力学原理,从理论上导出了三维水流、泥沙和污染物耦合作用的方程;方程的底边界条件采用泥沙动力学理论进行分析和处理,同时给出了含有泥沙通量形式的二维水质方程。以江苏省苏州市澄湖为例,对澄湖有底泥、无底泥时水质进行了计算。结果表明,含内源污染的水质方程的计算结果与实测值吻合更好,这也证实了含底泥影响的浅水湖泊二维水质模型的有效性和实用性。     

珠江河网与河口一、二维水沙嵌套数学模型研究

利用三级联合解法和“节点含沙量控制法”,建立了珠江三角洲河网区一维非恒定流水沙数学模型,伶仃洋平面二维水沙模型采用了正交曲线坐标下DSI和ADI法。通过虎门、蕉门、洪奇门、横门4个交接面的水位、流量和输沙量等物理量的相互传递,在每一迭代步内进行河网一维与伶仃洋二维水沙模型的嵌套计算。利用2001年2月枯季和2003年7月洪季实测的水文资料进行验证。结果表明,模型计算结果无论在珠江三角洲河网区、交接断面以及伶仃洋区均与实测资料吻合较好,该模型可用来模拟珠江三角洲河网和伶仃洋的水沙运动过程。     

DEVELOPMENT OF COUPLED 1D-2D MATHEMATICAL MODELS FOR TIDAL RIVERS

Some coupled 1D-2D hydrodynamic and water quality models depicting tidal water bodies with complex topography were presented. For the coupled models, finite element method was used to solve the governing equations so as to study tidal rivers with complex topography. Since the 1D and 2D models were coupled, the principle of model coupling was proposed to account appropriately for the factors of water level, flow and pollutant flux and the related dynamical behavior was simulated. Specifically the models were used to probe quantitative pollution contribution of receiving water from neighboring Jiangsu and Zhejiang Provinces to the pollution in the Huangpu River passing through Shanghai City. Numerical examples indicated that the developed coupled 1D-2D models are applicable in tidal river network region of Shanghai.     

潮汐作用对河网区重金属输移的影响

根据相关文献,推导了只考虑溶解态和悬浮态输移过程的一维河流重金属输移模型的表达式。根据2005年12月北江镉污染事故背景资料,对该模型的参数进行率定,以分析珠江流域西、北江河网区潮汐对重金属输移的影响。设定北江上游突发污染事故与下游大、中、小潮相遭遇的情景,将情景资料代入重金属输移模型进行模拟,根据模拟结果评价了事故对佛山市水厂供水带来的影响。分析结果发现,潮汐作用造成河流内水流往复震荡,对污染物的迁移过程影响较大;不同的潮汐作用导致西江、北江的水流补给形式发生变化,进而影响污染物的传播途径;污染事故与大潮相遭遇时,对供水造成的危害要远大于与中、小潮相遭遇时。