采煤沉陷水域水环境研究主要方法评述与趋势分析

采煤沉陷水域水环境系统具有相当的复杂性和特殊性,对其进行分析、评价、模拟与预测,是当前能源基地资源环境可持续发展关注的焦点。本文评述了采煤沉陷水域水环境研究的主要方法：调查分析与原始观测实验、水质评价方法和水质模型模拟预测,并指出研究方法应考虑沉陷水域的特殊性,分析了当前采煤沉陷水域水环境研究的主要问题与发展趋势,旨在为采煤沉陷区水环境的深入研究和规划管理提供参考。     

北方典型山区河道不同污染条件下水环境预测研究——以秃尾河为例

建立了秃尾河在不同污染条件下的二维非稳态水流水质模型,基于水量、水质同步实测数据对模型进行了率定验证。运用所建模型对研究区域水流水质过程进行数值模拟,定量分析了研究区域在不同污染条件下的污染混合带长度及对污染源下游水质的影响程度。通过对不同污染条件下秃尾河下游的水质浓度场的计算分析,结果表明:在污水排放控制总量为1.80万t/d、不考虑降解系数的情况下,清水工业园混合带长度为60 m,距离污染源8 000 m断面的水质COD、氨氮、石油类能达到地表水Ⅲ类水标准(GB3838-2002);而在污水排放控制总量为1.90万t/d、考虑降解系数的情况下,清水工业园混合带长度为64 m,距离污染源9 000 m的断面水质COD、氨氮、石油类能达到地表水Ⅲ类水标准(GB3838-2002)。通过模型预测水环境是保护水环境的有效方法。     

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。     

非恒定一、二维耦合水质数值模拟技术研究

真实环境中的湖区和周边河网通常是相互联系的,水中污染物会随水流在湖区和河道间发生迁移;为了更客观地模拟预测这类区域中的水质变化规律,从一、二维耦合区内公共单元的水质浓度应满足相容条件出发,对一、二维连接区利用重叠投影法,建立了基于美国国家环保局WASP5模型的污染物迁移扩散机理以及有限体积法的一、二维耦合水质模型,并应用于苏北洪泽湖水系水质模拟,模拟成果验证了该耦合水质模型具有较高的可靠性与实用性的特点。     

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.     

长江江苏段二维水流-水质模拟

根据长江江苏感潮河段水流水质及地形特点，应用有限体积法及黎曼近似解建立了平面二维水流-水质模型。模型应用有限体积法的积分离散，并利用通量坐标旋转的不变性把二维问题转化为一系列局部的一维问题进行求解，采用通量差分裂格式计算各跨单元边界的水量、动量及污染物输运等通量。应用浓度输移精确解验证模型算法的正确性，利用长江江苏感潮河段的水流、水质监测资料进行模型率定检验，并通过对卫星遥感资料的分析检验模型计算污染带的合理性。模型在长江江苏段主要地区区域供水规划及实施决策支持系统中得到应用，为该江段水质规划提供依据。     

新孟河延伸拓浚工程对长江水环境影响研究

新孟河延伸拓浚工程是国务院批复安排实施的重要引排工程之一。工程实施后在流域上游开辟引江济太的第二通道,改善太湖西部沿岸及西北部湖湾水流条件,但同时新孟河排水也会对长江水环境造成一定不利影响。通过采用MIKE21软件建立长江下游某一河段的二维水流水质模型,重点研究了新孟河排水对长江以及下游水厂水环境的影响。研究结果表明,工程排水对长江水环境的不利影响主要局限在入江口附近区域,影响程度总体较小。但工程实施后太湖仍不能达到《水环境总体方案》确定的水质治理目标要求。建议在实施过程中,加大治理区域污染源力度,从而减小新孟河排水对入江口区域影响。     

一维二维耦合模型研究水库运行对下游河道水环境的影响

水库运行造成的河道水流条件的改变给下游的水生态系统带来重要影响。耦合水动力过程及生态过程的生态水力学模型可以有效地定量评价这种影响。本研究以广西漓江为实例，建立了全河流一维和局部河段二维水环境模型。其中的一维模型分析全河段水环境变化趋势，二维模型分析关键区间水环境的特点，并为后续的生物栖息地模型奠定基础。模型分析了典型水文年中自然径流和青狮潭水库运行两种模式下下游河道关键水环境因子的变化。模拟结果表明水库运行在平水年的影响大于丰水年和枯水年，局部浅水区的变化大于深水区，年内枯水期(10-12月)的影响大于年均值，而且这些变化沿程逐渐减弱。该研究成果为下一步的生态模型提供了外部因子。     

水库运行对下游河道水环境影响的一维-二维耦合水环境模型

以广西漓江为实例,建立了全河流一维和局部河段二维水环境模型,并通过实际观测数据对模型的参数进行了率定。该模型耦合了水动力学过程及生态学过程,可对水库运行造成的河道水流条件的改变给下游的水生态系统造成的影响进行定量评价。其中的一维模型分析全河段水环境变化趋势,二维模型分析关键区间水环境的特点,并为后续的生物栖息地模型的应用奠定基础。分析了典型水文年中自然径流和青狮潭水库调水两种运行模式下下游河道关键水环境因子的变化。模拟结果表明水库运行在平水年的影响大于丰水年和枯水年,局部浅水区的变化大于深水区,年内枯水期(10—12月)的影响大于年均值,而且这些变化沿程逐渐减弱。     

淮南迪沟采煤沉陷区水体水质特征与评价

为了解淮南迪沟采煤沉陷区水体水质状况,将该沉陷积水区水域划分为3个单元(济河、沉陷积水区、对照区),采集不同单元样品,测试分析其水质特征,并利用单因子和综合水质标识指数法进行评价.结果表明:济河和沉陷积水区均为弱碱性水体,水质比较澄清,透明度好.氮磷营养盐指标总体含量表现为济河最高,这与济河周边的农业面源污染有关;重金...     

临淮岗工程不同蓄水条件下的水质可达性分析

建立临淮岗工程淹没区在不同蓄水条件下的二维非稳态FVS格式水流水质模型,基于水量、水质同步实测数据对模型进行率定验证。运用所建模型对研究区域水流水质过程进行数值模拟,定量分析了研究区域在最不利条件下对临淮岗坝前水质的影响程度。对不同库容条件下在库区北部农业用水时的库区水质浓度场进行计算分析,结果表明:当上游边界来水为功能区Ⅲ类,临淮岗坝前COD、NH3-N和TP浓度都能达到GB 3838—2002Ⅲ类水质标准;当边界条件为枯水期水质时,临淮岗坝前的NH3-N浓度超标,超标率为28%,COD及TP均能达标。     

外源污染对山美水库总氮和总磷的影响分析

基于有限体积法建立了山美水库二维水量-水质耦合模型,就2010年8-10月份流域外源污染负荷对山美水库总氮与总磷的影响机理进行分析。结果表明:外源污染负荷总氮和总磷进入水库后不断迁移扩散至整个水库约经历20 d,水质整体上从Ⅲ类水降为Ⅳ~劣Ⅴ类;水库Ⅰ区总氮与总磷浓度分别增加0.16~1.32和0.12~0.34 mg/L,Ⅱ区受外源影响较小,总氮与总磷浓度增加0.05和0.075 mg/L;自入库区至出库区不同区域总氮与总磷浓度变幅较大且依次递减,并在时间上呈现一定的滞后性。研究表明:在较短时间内山美水库水质恶化主要由外源污染所致。最后结合流域内水环境现状,提出改善山美水库水环境质量的工程措施。     

动床条件下溃坝水流的二维水沙耦合模型

现有大部分溃坝水流模型仅适用于模拟定床条件下的水流演进,但溃坝水流经常可在动床条件下演进。因此非常有必要同时模拟溃坝洪水演进时的水沙输移及床面冲淤过程。本文首先建立了动床条件下溃坝水流的二维水沙耦合模型。该模型主要由二维浑水控制方程、非均匀沙不平衡输移方程及河床冲淤方程组成,采用水沙耦合解法以及基于无结构三角网格下的有限体积法离散。同时利用Roe-MUSCL方法以及时间方向的预测-校正格式,使模型在时空方向具有二阶计算精度。然后采用已有算例及水槽试验资料对模型进行了初步验证。最后采用该模型研究了均匀沙及非均匀沙床面对典型溃坝水流演进的影响。模拟结果表明溃坝水流在定床及动床条件下的演进过程明显不同。溃坝水流因流速大,床面变形较快,且床面冲淤速率可与水流变化速率相当,故需要采用浑水控制方程及耦合解法。     

长江南通段大型排污口退水影响预测

根据长江南通段的水动力、污染物输移特征,建立了平面二维非稳态水流水质模型,并利用实测的水文资料进行模型验证。结果表明,无论是流场的整体形态还是验证点的水位、流速都与实际情况符合较好。以南通市观音山污水处理厂、开发区第一污水处理厂入江整合排污口为研究实例,预测了该排污口在90%保证率下尾水对纳污江段的水环境影响,旨在为该类型河段的排污口退水影响预测提供技术依据。     

华容河治理前后水量水质耦合模拟研究

自1958年在华容河进出口建闸后,水流流速变缓,泥沙淤积严重,水质恶化。为解决华容河目前存在的上述问题,需采取河道疏浚和引水工程措施。采用一维和二维水质水量耦合模型对华容河治理工程前后不同引水量条件下的水质水量变化情况进行了模拟分析。结果表明,工程建成后,在13 m³/s引水量条件下,既能够满足华容河沿岸居民的需水量要求,也能够保证华容河水功能区的水质。模拟结果为华容河的水环境管理提供了科学依据。     

长河流域生态修复治理规划探析

长河流域煤炭资源丰富、经济相对发达,长期煤炭开采和人类活动带来了采空区塌陷、水质恶化、水生态破坏、流域生态建设严重滞后等问题。长河流域生态修复治理规划是将采煤沉陷区生态修复和水环境治理作为重点抓手,深入开展河流水库的生态治理与综合利用,通过采煤沉陷区生态修复、岸线保护与利用、水环境治理、水生态保护、具有地域特色的滨水景观建设和流域综合管理六大体系建设,提升流域治理水平。     

淮化集团取水工程对淮河干流通航影响的数学模型研究

基于有限单元方法,建立了平面二维水流数学模型,针对取水口边界条件进行了研究。利用该模型计算了淮化集团取水工程建设前、后取水建筑物及其附近航道的流速、流向和水位等水流特性,着重分析了2种典型控制水位下取水口建筑物及其取水对航道通航条件的影响范围和程度,结果表明:取水工程不会对通航产生影响。     

采煤沉陷区水资源综合开发利用研究

煤炭开发常常造成采煤沉陷区的水源条件恶化、土壤结构破坏等一系列生态环境问题。采煤沉陷区有容无水是生态修复的关键问题,利用沉陷区构建平原湖泊和湿地,依托过境的水源条件合理挖掘采煤沉陷区水资源调蓄能力,创造沉陷区湿地景观,提升区域水资源保障能力,对支撑社会经济的发展有积极意义。本文从工程措施和非工程措施两方面对沉陷区水资源的综合利用进行了探讨。并以安徽省某采煤沉陷区为例,确定沉陷区可供水量,计算供水保证率,并对沉陷区综合治理效果进行了分析。     

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...     

结合治淮开展两淮矿区采煤沉陷区综合治理探讨

针对两淮煤炭基地采煤沉陷的有关情况,以及采煤沉陷对农村经济社会发展和水利工程建设的影响,统筹兼顾新农村建设和治淮水利工程建设,对两淮煤炭基地采煤沉陷区的综合治理问题进行了探讨,研究提出了统筹该区域煤炭开采与水利建设、农村经济发展对采煤沉陷区进行综合治理的总体思路和有关建议。