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。     

底泥对河流水质影响的数学模型研究进展

从底泥耗氧、底泥污染物的释放这两方面综述了底泥对河流水质影响的模型研究。通过总结底泥污染河流的模型研究，提出耦合底泥河流水质模型的发展方 向，指出建立环境疏浚模型的必要性。     

多沙河流中石油类污染物迁移的一维数学模型(Ⅱ-解吸模型)

本文建立了一维河流石油类污染物“解吸为主”的动态水质模型。模型方程中考虑了河流悬移质、推移质泥沙和底泥与石油类之间发生的吸附\解吸的动态过程，以及河流弥散作用对石油类污染物在多沙河流中迁移的影响。模型还考虑了底泥解吸与泥沙解析在速率上的差别，使模型更加精确实用。运用拉普拉斯变换，求得了模型方程法的解析解。用室内烧杯试验的方法确定出了研究区域内的污染底泥解吸常数kdw；结合室内水槽动态试验，对解吸模型进行了验证。结果表明，该模型能够较好地描述一维多沙河流污染沉积物中石油类污染物的解吸过程。     

赤山湖区二维水动力-水质耦合数值模拟研究

文章基于二维浅水方程和对流扩散方程构建了赤山湖二维水动力-水质耦合模型,模型采用非结构网格有限体积法进行离散,计算单元界面的法向通量采用通量向量分裂格式(Steger-Warming)。结果表明:赤山湖现有的水动力条件和水生态环境条件对中等强度的降雨产生的面源污染有足够的净化能力;依据赤山湖的计算和实测资料,叶绿素Chl-a的浓度为4μg/L,p H值为8.2～8.8,发生蓝藻水华的可能性很小。依据数值模拟结果,提出了保障赤山湖长效水生态健康的合理防治措施。     

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。     

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、NH₃-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。     

浅谈地下水水质数值模型

与地下水水量模型相比,地下水水质模型发展较晚,其机理更为复杂,需要从微观角度来考虑。本文简单阐述了建立地下水水质模型应用的一般过程、其中应该注意的问题及方程的表达,以及水质模型中用数值法解对流-弥散方程中遇到的问题以及常见的解法。     

浅水流动与污染物输运的高分辨率计算模型

将基于流向量分裂技术的两步有限体积分量方向TVD格式应用于求解浅水方程和污染物输运方程,建立了二者耦合求解的高分辨率计算模型。实际算例表明,该模型能较好地计算浅水流动和污染物输运问题,为浅水流动和水环境模拟提供了精度高、稳定性好的数值计算模型。     

河流底泥冲刷沉降对水质影响的研究

河流底泥中含有大量的污染物质，是对水质影响的不可忽视的重要污染源，本文将环境水力学、泥沙运动学及水化学相结合进行研究，从水流中污染物的对流扩散方程出发，通过理论推导得到包括有底泥刷及沉降，底泥释放等因素的水质基本方程，通过实验确定方程中的有关因素，用实测资料验证，取得较好的结果，并付诸应用。     

洋河水库底泥污染释放对水库水质影响的研究

此文对洋河水库库区底泥中17种主要污染物进行了分析，通过开展底泥释放试验，核算底泥污染负荷量，论证底泥污染对洋河水质的影响，以期为洋河水库水质改善提升提供数据支撑。     

河道汛期行洪冲污研究

海河水质呈恶化趋势，尤其是汛期排入的雨污水是海河有机污染的主要来源，利用汛期洪水冲污是改善河道水质的手段之一。依据连续性方程、动量方程、自由表面方程、状态方程和水质输运方程，采用有限差分法，建立海河河道水质模型，模拟海河汛期行洪后，污染物的输移扩散及降解转化过程，研究泄流量与冲污的关系。通过计算海河河道汛期行洪时氨氮、高锰酸盐指数浓度随时间变化情况表明，在不同泄流量下，污染物输移扩散及降解转化速率不同，流量大时，能更快的把污染物送入海河口。     

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。     

引黄济津河道水质数值模拟与预测

依据连续性方程、动量方程、自由表面方程、状态方程和水质输运方程,采用有限差分法,建立河道垂向二维水动力水质模型。根据2000-2001年第6次引黄数据资料对水质模型进行调试,建立引黄济津调水工程水质模型。利用已建立的模型,对2002-2003年第7次引黄河道水质进行了预测,并将预测结果与实测数据进行比较,预测结果与实测结果基本一致,表明该模型能较好地预测引黄济津河道水质状况。同时,根据污染物浓度峰值的变化情况,分析了污染物的输移扩散及降解转化规律。     

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。     

基于隐格式水动力模型的庄河养殖海域污染物运动轨迹的数值模拟

基于非结构四叉树矩形网格,建立了近岸海域深度平均二维隐格式水动力数学模型,通过耦合拉格朗日粒子追踪法和粒子云团随机走动原理计算水体污染物的运动轨迹。水动力数学模型采用有限体积方法离散方程,使用Rhie-Chow的动量插值方法对同位网格不合理的压力波加以抑制,并使用SIMPLEC程式导出水位校正方程。通过对"工"字型理想海湾的水动力、风与流共同作用下正方形海湾的油膜输移及扩散状况进行模拟验证后,将该模型应用于计算北黄海庄河养殖海域的水动力特性以及污染物在海中的输移过程和运动轨迹,最后给出该海域模拟期间的污染物运移规律。研究结果对庄河养殖海域的水环境管理有重要的意义。     

Experiments and numerical simulations on transport of dissolved pollutants around spur dike

The flow field around a spur dike has three-dimensional characteristics.In order to analyze the influence of the flow field on pollutant transport,based on a compressive volume of fluid(VOF)scheme,the three-dimensional transient compressive pollutant transport model(CPTM)and the cubic equation(CE)bounded differencing scheme were developed.For the calibration and validation of CPTM,laboratory experiments were carried out in a flume with a non-submerged spur dike.The spur dike was angled at 60°,90°,and 120° from the upstream direction.The simulation results agreed with the experimental results.The simulations and experiments showed that the distribution of pollutant concentration was determined by circumfluence and the main flow.Concentration decay in the circumfluence zone was slower than that in the main flow.Downstream of the spur dike,the concentration fluctuation became intensive with the increase of spur dike angle.     

Application of a Three-dimensional Wind Driven Circulation Model to Assess the Locations of New Drinking Water Intakes in Lake Ontario

A 3D transport model is used to perform a comparative analysis of several potential drinking water intakes located along the northwest shore of Lake Ontario between Toronto and Oshawa. The model is specifically used to assess each intake under both long- and short-term transport of a potential pollutant release from the Pickering Nuclear Generating Station and potential and actual pollutant releases from local land sources respectively. A model based on a 500 m grid resolution is calibrated using data collected in the aftermath of the 1992 tritium spill at the Pickering Nuclear Generation Station and subsequently used to simulate long-term transport. A model based on a 100 m grid resolution is verified using drogue studies and used to simulate short-term transport events. Both models are used to assess pollutant levels at each of nine potential intake locations under different wind scenarios and pollutant releases. Field data for the study included water quality and flow measurements from local sewers and rivers, and estimates of pollutant levels from the local waste water treatment plants. This paper describes the model setup for both the long-term and short-term transport models, calibration using field data, long-term transport modeling, short-term transport modeling, and the comprehensive analysis approach used to evaluate the nine potential intake locations proposed. Results indicated that four intakes in particular outperformed other intake locations by maintaining bottom pollutant levels within governmental standards and warning times that exceeded 20 hours.     

潮汐河流排污口设置对水质的影响

以扬州市青山污水处理厂长江排污口的设置为例,根据潮汐河流的水动力、污染物输移特征,采用正交曲线网格离散计算区域,采用有限体积法离散控制方程,建立了非稳态平面二维水动力、水质数学模型,采用90%保证率下的枯水设计径流量与大潮、小潮典型潮位过程的组合作为设计水文条件,模拟分析了典型水文条件下,污水排放对纳污水体水环境的影响...     

Two Dimensional Heavy Metal Transport Model for Natural Watercourses

This work presents the development and calibration of a two‐dimensional (depth‐averaged) river flow, sediment transport and heavy metal transport model in natural watercourses. Because heavy metals occur in dissolved and adsorbed phases, implementing the active‐layer concept for sediment transport computation enabled the development of a heavy metal transport model that accounts for pollutant moving in dissolved phase, adsorbed on suspended sediment, adsorbed on bed‐load, deposited in the active‐layer of the river bed or adsorbed on sediment in deeper strata. The proposed concept also enables the modelling of pollutant exchange processes using accessible sediment particle surface area for suspended and bed sediment separately. The presented heavy metal transport model is able to manage sediment mixtures found in natural watercourses using an arbitrary number of sediment size‐classes, distinguishing in this way smaller size‐classes that engage in interaction with the pollutant. Using field measurements for a reach of the Danube River, simulations were conducted for water flow, sediment transport and heavy metal transport. While some discrepancies between measured and computed values for pollutant concentrations were observed, the model reproduced the water and sediment contamination quite reasonably with acceptable mass conservation errors. The simulations also gave an insight in the general behaviour of the monitored heavy metals in the considered river reach. Therefore, it can be concluded that the developed model is suitable for simulating complex flow, sediment transport and heavy metal transport conditions in natural watercourses. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.