汾河水库水动力及水质数值模拟

汾河水库是万家寨引黄工程的调节水库和山西省最大的地表水饮用水源地,其上游河段的COD和TN有超标现象,故确定库区污染物的输移扩散规律并提出相应的保护措施对保证水库水质安全至关重要。以工程技术资料、DEM模型、遥感及GPS实测信息为基础,采用GIS技术将汾河水库边界和地形进行数字化处理;通过实测数据进行参数率定与模型验证,确定汾河水库的水动力模型和水质模型;将模型进行耦合联用,以汾河水库的水动力为基础,选取COD和TN进行数值模拟,计算污染物在不同进水浓度时库区污染物超标面积,以库区污染物超标面积百分比来表征水库受污染程度。模拟结果表明:风场是影响水库水动力的主要因素;在静风和主导风力作用下污染物分别沿地形和沿下风向堤岸扩散;污染物超标面积百分比与进水污染物浓度限值呈二次函数关系。     

潮滩围垦对近海潮流及污染物输移的影响研究

为研究潮滩围垦对潮流和污染物输移的影响,基于二维嵌套的水动力水质模型,以通州湾为例分别模拟了不同潮滩围垦工程前后的潮流场及污染物浓度场,并用实测资料对模型进行验证,据此分析潮滩围垦作用下的流速变化和以COD为污染指标的物质输运特征。研究结果表明:通州湾围垦工程具有一定的阻水作用,且在围垦一、围垦二的堤头出现了局部挑流现象,其余海域的流速流向基本没有变化;潮滩围垦阻碍了通州湾南侧海域高浓度污染物的输移扩散,改变了该海域的污染物浓度场,且随着围垦范围的扩大,局部污染物浓度有所增加。综上所述,潮滩围垦改变了潮滩地形、水动力环境特征和污染物输移扩散能力,进而影响到潮滩的水文状况和水质环境。     

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。     

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。     

基于Delft3D模型对深圳湾近岸海域污染物迁移模拟

以深圳市深圳湾近岸海域为研究对象,基于Delft3D软件,建立深圳湾三维水动力水质耦合模型。利用实测数据对模拟结果进行验证,分析深圳湾海域水质时空变化规律。模拟结果表明,深圳湾内的污染物浓度整体较高,浓度分布受潮汐变化敏感性强,不仅受各污染源点源强与流量的影响,而且受湾内的潮汐动力影响,污染物浓度值总体从湾口向湾顶逐渐增大,浓度梯度由外向内递增。     

南水北调中线工程典型渠段一维水动力水质模拟与预测

为了研究南水北调中线工程复杂水工建筑物影响下的水流特性以及对污染物在渠道内输移、衰减过程的影响,保证输水过程中的水质安全,分析了突发性污染事故潜在污染源特征,构建了南水北调中线工程典型输水渠段的一维水动力水质模型,模拟倒虹吸、节制闸、涵洞、隧洞、渡槽、公路桥 6 种水工建筑物影响下输水渠道内的水流特性,采用七里庄断面实测水位、流量、水质( 总磷、氨 氮) 数据对模型进行了校核与证; 并运用该模型预测店北公路桥突发水污染事故时,3 种输水流量、 3 种负荷、3 种污染物泄露至渠道后污染物沿程分布规律。结果表明: 该模型能有效模拟复杂水工建筑物下的水动力和污染物输移特性,下车亭分水口处污染物浓度超标与否受输水流量和污染负荷共同影响。针对分水口处水质指标浓度变化,提出合理、有效分水和退水方式,为保障南水北调中线工程输水水质安全提供参考。     

中山河口近岸海域混合区敏感点访问几率研究

以黄海中山河口近岸海域水动力、污染物输移扩散规律及污染物排放量对附近海域影响为主要研究内容。建立二维水流、水质模型,利用有限体积法离散方程并对中山河口近岸海域的水动力状况及污染物输移扩散规律进行数值模拟;选用COD为主要的污染物指标,模拟计算污染物混合区,然后确定混合区内相对不利的3个敏感点,应用统计学原理,统计混合区近岸边缘污染物访问几率。     

基于SWMM水质模型的某水库上游河流水质状态演化特征模拟应用研究

针对某水库上游河流水质污染物状态演化特征,引入SWMM水质模型,研究降雨强度、城市工业化程度对水质污染物浓度影响特征。研究该河流流域水质受水量与冲刷影响,COD含量、氨氮含量实测值与模拟值最大误差分别为7.0mg/L、0.4mg/L。研究降雨强度与化学污染物浓度、增长速率呈正相关,污染物浓度与降雨时间为先增后减变化,其中COD含量10年一遇峰值浓度相比0.5年一遇增长了158.3%;获得工业化程度与水质污染物浓度为正相关,氨氮含量在工业开发后峰值浓度增大了94%,各化学污染物峰值浓度均位于降雨第56～59min,不同污染物的增长初始节点有所不同。     

大型城市内湖水动力水质数值模拟及环境治理方案效果评估

以大型城市内湖汤逊湖为例,通过建立二维水动力水质模型,对近远期、不同控源截污、不同生态补水等多情景下汤逊湖的流场及COD、NH₃-N、TP、TN等污染物浓度空间分布进行模拟,探究控源截污和生态补水等措施对水动力条件及水质改善效果的影响。结果表明：污染源削减措施配合工程调水引流,能最大限度改善水质状况,补水流量可随污染源削减率提高而减小。近期各污染物指标削减率达到50.96%～77.62%,生态补水40 m³/s,远期各污染物指标削减率提高至67.77%～78.61%,生态补水10 m³/s,可以实现汤逊湖水质长期稳定达标。     

三峡水库运行后长江汉阳段污染物扩散规律研究

三峡水库及上游梯级水库的运行改变了长江中下游水文情势和水生态环境条件,使河流的纳污能力发生变化。以长江中游武汉河段的汉阳饮用水源、工业用水区为研究对象,采用河流二维水质模型和平面二维水动力水质模型对水功能区COD和NH_3-N等污染物的纳污能力、扩散规律进行了模拟研究。研究结果表明:枯季水文条件和水功能区横向分布宽度对水域纳污能力影响较大,三峡水库运行后研究河段岸边横向50m宽度内的COD和NH_3-N的纳污能力为17 850,1 233 t/a,纳污能力有所增加;三峡水库运行后枯季污染物扩散范围有所减小。研究结果可为河段排污总量控制、排污口设置管理和水环境保护提供科学依据。     

生态补水对城南河水质水量改善效果研究

为改善城市河道枯水期流量小、水位低、水动力不足、水质污染严重等情况,以南京市城南河为例,进行枯水期生态补水方案效果研究。通过综合考虑枯水期上下游及干支流水质状况,同时结合补水水量及补水方式(包括间断补水和持续补水)的差异性设置补水方案。论文建立了研究区域MIKE11水量水质耦合模型,模拟分析不同补水方案下污染物COD、NH3-N、TP削减率及流速分布变化,进而得出不同生态补水方案效果。结果表明:随着补水水量的增长,污染物浓度削减率的增幅先快后慢;间断补水方案优于持续补水方案;生态补水对污染物浓度的削减效果显著,对于水质较好和曲折连绵的河段的改善不明显;生态补水对流速分布的改善效果明显,但受到河道内建筑物的影响,需要综合考虑确定补水点。     

引水改善星海湖的水动力-水质特性数值模拟

针对星海湖存在的湖泊水动力不足与水质恶化等水生态问题,通过建立二维水动力-水质模型,选取化学需氧量(COD)为水质指标,计算了12种不同水文特征与引水量工况,分析引用不同黄河水量下湖区水动力和水质指标的变化及空间分布情况。结果表明：引入黄河水能够有效改善星海湖的水动力与水质状况,减小滞水面积,降低COD浓度;在相同水文特征工况中,水质指标COD浓度随着引水量的增加而逐渐降低,且其削减率逐渐提高;在相同引水量工况中,丰水年水质指标COD削减率普遍高于枯水年和平水年;枯水年和平水年引水量分别为1 400×10⁴和700×10⁴ m³时能够达到地表水Ⅲ类水质标准。     

洪水过程下双峰寺水库水动力特征及污染物迁移规律研究

为有效控制水体污染提供理论依据,同时为水库水动力-水质联合模拟及调控提供技术支撑。以双峰寺水库为研究对象,借助MIKE21构建了水动力-水质耦合模型,模拟在1962年典型洪水过程的工况条件下水动力特征及污染物迁移规律,输出结果表明：在典型洪水过程的工况下,库区内流场变化导致污染物浓度波动剧烈,随洪水过程的进行,其中BOD和DO浓度变化曲线相似,在洪水初期污染物浓度迅速下降,降低为某一数值时,下降坡度突然变缓直至过程结束;NH₄和PO₄浓度变化曲线相似,在洪水初期,三点浓度成上升趋势,并且越远离入库位置的点,浓度增加越迅速且时间越长,并随着浓度上升至最高点后迅速下降;NO₃浓度变化曲线较为特殊,在洪水来临时呈短暂的平稳趋势,随后猛然增加到最大值2.5 mg/L左右,并在其附近上下波动。可见在洪水作用下,库区各污染物的运移规律会随着洪水过程而呈现一定的变化。     

淮河流域多闸坝控制下环境变化与模拟

利用MIKE 11模型系统模拟淮河、沙颍河、洪河、涡河和淠河的洪水演进和水质变化过程。水动力学模型的流量模拟值与实测值吻合较好,除了某些闸坝附近的水文站,大多数水文站的模拟水位与实测水位值一致。水质模型模拟COD、氨氮和溶解氧浓度,考虑到各种不确定性因素,认为水质模拟结果与实测值的误差在允许范围之内。闸坝调控方案分析了蚌埠闸、周口闸和横排头闸分别增加流量对下游河段水质浓度的影响,淠河六安市以下河段,通过增加横排头坝下流量,其水质有显著改善,而通过增加流量对沙颍河和淮河(吴家渡)水质改善效果不明显。因此,只有在确保污染源达标排放的同时,进一步削减污染物的入河排污量,才能有效地改善淮河干流及淮北支流的水环境污染现状。     

基于MIKE11的辽河流域一维水质模型

根据辽河流域的特点,将基于水动力和水质模型原理的MIKE11软件应用于辽河上游水域排放限值制定的整体技术路线中,模拟污染物在水体中迁移扩散和衰减的过程。通过对辽河上游福德店到通江口段河流的模拟,验证了用MIKE11软件建立辽河流域水动力模型的可行性,进而在水动力模型的基础上建立河流一维水质模型。结果表明：MIKE11软件用于模拟污染物在水体中迁移扩散和衰减的过程是可行的,有节约人力物力、计算准确、便于操作和结果可视化等优点。     

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。     

基于MIKE11的佛山市南海区罗村良安片内涌水质计算研究

以佛山市南海区罗村社会管理处良安片区水系及其引水规划方案为例,应用MIKE11水动力(HD)、对流扩散(AD)模型对河涌水系进行水动力和水质模拟计算,分析河涌断面污染物负荷随时间变化的过程,评价规划引水工程实施后的水质治理效果。经实例验证,模型能较好的模拟污染物在河道中的对流扩散过程,将规划方案对水环境质量的改善效果通过数据图表形式直观的表现出来,为引水调度方案的规划编制提供决策支持。     

桥梁壅水对太湖竺山湾水环境影响模拟

曾经规划的宜马大桥横跨太湖竺山湾,桥墩的阻水作用势必会减少竺山湾交换水量,从而影响其水质。本文采用套网格的二维非稳态数值模型,模拟大桥建设后竺山湾水动力及水质变化,量化大桥建设对竺山湾水环境造成的影响。模拟结果表明:在5.0 m/s的持续东南风作用下:1竺山湾水动力条件受到削弱,内湾与太湖湖体的交换水量减少约30%⁴0%;2湾内水质恶化,西北沿岸水质浓度升高迅速,COD平均增量为0.9 mg/L,总磷平均增量为0.001 mg/L,总氮平均增量为0.1 mg/L,氨氮浓度变化不大。     

基于缓蓄快放系统的西安市护城河水质改善方法研究

研究缓蓄快放系统,探索水资源短缺地区的河流水动力提升方法及其对水质影响规律。以西安市护城河南西线为研究区,根据护城河现状水质与水动力数据,利用MIKE21构建了西安市护城河水动力-水质耦合模型。依护城河现有坝体设计蓄水闸门,模拟河道上游快速泄水对下游河道的冲淤能力,探究不同蓄水高度和不同水质条件快速泄水对护城河水动力和水质的影响规律。基于MIKE21的数值模拟结果表明,不同蓄水高度对水体的水动力特性影响显著,蓄水水质对污染物浓度具有显著影响。基于MIKE21的西安市护城河水动力-水质耦合模型模拟结果表明采用1 m蓄水高度与Ⅲ类水补给相结合的工况可以最大程度实现护城河水体的水质、水动力改善。西安市护城河采用符合地表水Ⅲ类的补水水源,通过提升护城河水动力的方式可以有效改善西安市护城河水质状态。     

基于EFDC和WASP耦合模型的水库水质数值模拟研究

从工作实践中可以发现,仅依靠单一模型对水库水质数值模拟存在难以模拟真实水流形态的问题,导致模拟拟合度较差,研究基于EFDC和WASP耦合模型设计一种水库水质数值模拟方法。在笛卡尔坐标系下建立水库坐标,确定EFDC水动力模型配置。划分网格结构,利用WASP计算水质模型的相关参数,默认污染物在水平和垂直方向无浓度梯度变化,网格单元浓度使用中心浓度表示。将EFDC的输出变量与WASP进行耦合,建立等效网格空间,两种模型的输出通过“.hyd”文件形式进行耦合,包括流量、速度和扩散参数等水体组分信息,利用COSMIC程序进行求解。仿真实验结果表明,TP浓度模拟值与实际监测值的变化情况比较贴合,其平均相对误差不超过20%,符合预期设定并具有较高的模拟拟合度。