河流混合污染物浓度二维移流扩散方程的解析计算及其简化计算的条件Ⅰ：顺直宽河流不考虑边界反射

在恒定连续点源条件下,从移流扩散方程的二维解析解出发,给出了顺直宽河渠无边界反射情况下,污染混合区的二维解析计算方法和等浓度曲线方程,分析了污染混合区的形状变化规律。以简化二维移流扩散条件下的污染混合区长度为特征长度L、流速U和纵向扩散系数E-L,定义了贝克来数Pe=UL/E-L,给出了污染混合区无量纲上、下游长度、最大宽度及相应纵坐标和面积的试算公式及诺莫图。结果表明,污染混合区的无量纲长度主要取决于贝克来数,而无量纲最大宽度和面积既取决于贝克来数也与横向与纵向扩散系数的比值λy有关。在此基础上,给出了非保守物质污染混合区的修正计算方法,以及保守与非保守物质的计算分区图。系统地提出了二维移流扩散方程的简化计算条件。     

河流污染物浓度的二维解析计算及移流扩散方程的简化条件

摘要：在保守物质恒定时间连续点源条件下,从计入河流纵向扩散项的二维移流扩散方程解析解出发,考虑两岸边界反射作用,给出了河流污染物浓度的二维解析计算方法和污染物的无量纲浓度分布方程;定义了综合反映纵向移流作用与纵、横向扩散作用比值的无量纲数——修正佩克莱特数 。在 相等的条件下,论证了岸边排放与中心排放浓度分布的一半具有相似性,以及在相对浓度达到10-6的精度条件下,通过计算实验给出了边界反射次数与修正佩克莱特数的回归关系式;在 ,忽略纵向扩散项的条件下具有自动相似性;给出了河流污染物相对浓度分布、排放岸和对岸特征浓度点的无量纲纵坐标以及全断面均匀混合的无量纲距离与修正佩克莱特数 之间的关系曲线;在相对坐标中污染物达到全断面均匀混合的距离在排污口断面上、下游相等,在排污口断面下游均匀混合浓度为Cd=CM,在排污口断面上游均匀混合浓度为Cu=(0～1)CM;以修正佩克莱特数作为移流扩散方程简化的判据,给出了移流扩散方程的简化条件,具有很好的可操作性和实用性。     

河流混合污染物浓度二维移流扩散方程的解析计算及其简化计算的条件Ⅱ：顺直河流考虑边界反射

在保守物质恒定连续点源条件下,从包含河流纵向扩散项的二维移流扩散方程解析解出发,考虑两岸边界反射作用,给出了河流污染物浓度的二维解析计算方法及污染物的无量纲浓度分布方程。定义了能综合反映纵向移流作用与纵向、横向扩散作用比值的修正贝克来数Pw。在Pw相等以及在相对浓度达到10^-6的精度条件下,通过数值计算给出了边界反射次数与修正贝克来数的回归关系式。当Pw≥7.5,忽略纵向扩散项的条件下,岸边排放与中心排放浓度分布的一半具有自动相似性。给出了河流污染物相对浓度分布、排放岸和对岸特征浓度点的无量纲纵坐标以及     

倾斜岸水库污染混合区的理论分析及简化条件

在恒定连续点源条件下,从一维流动中三维扩散方程的解析解出发,给出了顺直倾斜岸大宽度深水水库污染混合区的解析计算方法和等浓度曲面方程,分析了污染混合区断面和平面形状的变化规律;提出了采用污染混合区下游长度作为特征长度定义贝克来数Pe,给出了污染混合区无量纲上、下游长度、最大宽度与最大深度及相应纵坐标和面积的计算公式及其曲线图.表明污染混合区的无量纲尺度主要取决于贝克来数,其中无量纲最大宽度和面积还与横向(垂向)和纵向扩散系数的比值有关、无量纲最大深度还与和岸坡倾角有关,提出了一维流动中三维扩散方程的简化条件.该解析方法和计算公式可为天然水库污染混合区的估算提供理论依据.     

河流移流离散水质模型的简化和分类判别条件分析

从描述河流一维移流离散稳态水质模型的基本微分方程出发,通过理论分析指出现行移流离散模型简化、分类方法存在问题,即仅根据O'Connor数的判别条件不全面,会出现排污对上游的影响较大而在计算时却被忽略的情况,按上、下游影响长度的比值为1％和99％作为简化、分类依据不实用。在详细分析河流移流、离散和降解三种作用之间对比关系的基础上,提出了采用O'Connor数α和贝克来数Pe两个简化、分类参数并给出了临界值。给出了新的移流离散水质模型方程的简化、分类判别条件：1)当α≤0.027、Pe≥1时,采用移流模型;2)当α≤0.027、Pe<1时,采用移流离散简化模型;3)当0.027<α≤380时,采用移流离散模型;4)当α>380时,采用离散模型。算例分析表明,新判别条件可以满足实际工程和环境管理的应用要求。     

恒定条件下物质输移扩散方程的几种解析解

本文从恒定条件下物质输移扩散方程出发，在固体边界上扩散通量F＝－DаC／аn＝0的条件下，进行严密的数学推证，给出恒定条件下物质输移扩散方程的三种解析解，分析了解的合理性，讨论了解的正确性，其结果是令人满意的。对求解许多环境扩散问题具有实际应用价值，也具有重要理论意义。     

一种计算二维对流扩散方程的数值格式

运用待定系数法,建立了求解二维对流扩散方程的HAUC2格式．数值试验结果表明,该格式具有数值耗散和数值频散较小、节点少、便于应用等特点,且对求解对流扩散方程的对流占优和扩散占优的流动均有较好的适应性．     

倾斜岸坡深度平均浓度分布及污染混合区解析计算

倾斜岸坡深度平均理论对其水质模型的构建、验证和参数率定具有十分重要的指导作用。在等强度连续点源岸边排放条件下,对倾斜岸坡深度平均浓度分布及污染混合区的几何特征参数进行了理论求解和曲线拟合。分别给出了深度平均浓度分布方程、深度平均污染混合区最大长度、最大宽度和相应纵向坐标、面积和面积系数的计算公式以及外边界标准曲线方程。分析表明,倾斜岸坡水体中污染物扩散宽度远大于扩散深度,对同一岸坡倾角的深度平均污染混合区形状具有相似性。提出了岸坡倾角分区的简化条件和相应污染混合区几何特征参数的计算公式,可为倾斜岸坡河流和水库深度平均浓度分布、污染混合区几何尺度和控制排污量的计算,提供科学依据。     

基于FD/MLSFD的混合算法计算 二维浅水方程

将基于最小二乘法的无网格有限差分方法(MLSFD方法)和传统有限差分方法(FDM)相结 合,生成了一种混合算法。研究并解决了差分网格/无网格混合算法的藕合问题,将混合算法运用于 求解二维浅水方程,通过计算高雷诺数(Re =105)条件下的圆柱绕流模型揭示了该混合算法在进行二 维浅水模型的数值模拟方面具有较高的精确度。     

二维浅水方程的非结构网格数值解

用Lax-W endroff格式和Lax-Friedrichs格式交替使用形成的复合型格式,对二维浅水方程在非结构网格上进行离散,利用不同格式之间数值耗散、数值色散而相互补偿和抵消的复合作用,消除数值计算中出现的非物理振荡和过度光滑现象.利用本文算法对斜水跃问题、二维矩形部分溃坝模型和二维圆形全溃模型模拟的结果表明,该算法具有较高的涌波捕捉能力,适合处理边界面复杂的浅水流动问题.     

考虑河流流速和横向扩散系数变化的污染混合区理论分析及其分类

宽阔河流的中部深槽和远岸地形变化,对排放岸附近污染混合区范围的影响很小。因此,河流断面平均流速和横向扩散系数不能很好地反映排放岸附近污染物的移流扩散特性。通过对长江黄沙溪排污混合区平水期同步观测资料的分析,提出了深度平均流速的横向指数分布和横向扩散系数的二维变化关系式。在宽阔河流顺直岸边稳定点源条件下,求解了变系数二维移流扩散方程浓度分布的解析解,进行了浓度分布的特性分析。在此基础上,推导了污染混合区最大长度、最大宽度和对应纵向坐标以及面积的理论公式,给出了污染混合区边界归一化(等浓度)曲线方程。讨论了深度平均流速和横向扩散系数分布的特性参数(m,n和α)对污染混合区形态的影响规律,提出了河流岸边排放污染混合区的类别、形状特征、分类条件和变横向扩散系数的估算方法。实例表明,α-Ⅰ型污染混合区、边界曲线方程和几何特征参数,能够较好地表征长江黄沙溪排污混合区平水期COD_(Cr)现场观测等值线形状。     

考虑边界反射的河流离岸排放污染混合区计算方法

在等强度点源离岸排放条件下,从简化二维移流扩散方程的解析解出发,探讨了考虑两岸反射作用的中宽河流污染混合区的计算方法。给出了污染混合区边界形状曲线与量纲一方程的形式;采用迭代计算和试算比较法,给出了靠岸与离岸两种类型混合区各几何特征参数(坐标)、面积及面积系数与相对离岸距离的关系曲线,提出了以相对离岸距离a'作为判据的排放类型分区条件。给出了河流岸边、离岸与中心排放的分类判别准则:(1)当0≤a'≤a'1时,简化为岸边(近岸)排放类型;(2)当a'1a'a'2时,称为离岸排放类型;(3)当a'2≤a'≤0.5时,简化为中心排放类型,并给出了岸边排放类型与离岸排放类型的临界相对离岸距离a'1和中心排放类型与离岸排放类型的临界相对离岸距离a'2的表达式。通过回归分析,给出了中宽河流离岸排放类型混合区主要特征参数的实用计算公式,可作为中宽河流污染混合区范围计算和排污口位置优化设计的依据。     

泥浆侧排浓度扩散特性二维水沙数学模拟研究

涉水工程在施工过程中产生的高浓度泥浆排放必将污染下游河道,给下游生产、生活用水带来影响。因此准确预测高浓度泥浆排放对下游河道的影响程度及范围具有重要意义,本文以含沙水流为研究对象,采用一般曲线坐标系下的平面二维水沙数学模型对长江武汉河段过江隧道施工过程中泥浆排放对下游河道的影响进行模拟和计算。结果表明：模型能较为真实地反映不同水流条件下不同浓度的泥浆在水流中的扩散范围。可为泥浆排放口下游的生产、生活用水决策提供必要的参考依据。     

物探方法在断裂破碎带富水性判别中的应用

隧道穿越大型断裂地段,断层的富水性对隧道工程建设的安全性有较大影响。应用物探方法对大型断裂富水性进行勘探,将有效预防施工过程中出现突水等安全事故。以山西的古城井田隧道建设前期勘探为例,采用可控震源浅层地震勘探技术对断层的结构进行了分析、解释,准确掌握了隧道穿越地堑区域的地质构造、岩性;利用频率域电磁测深法调查了工作区内断层的充水、导水情况及二叠系砂岩水、奥陶系灰岩水的赋存情况、岩溶裂隙程度等;最后综合两种物探方法,分析得出断层的充水来源和导水性质。     

珠江河口水动力一维、二维联解的有限元计算方法

该文应用有限元联解方法计算珠江河网与河口的整个水动力。仿照四点隐式差分法在每个一维单元内部形成独立的单元方程组,改进RMA有限元软件包实现河网一维数值模拟。借鉴弹性力学年中通过固结杆件与块体的连接结点实现两构件组合计算的思路,设计了珠江河网一维、河口二维水动力联解的有限元法,通过单元矩阵的构建、合并与叠加,形成整体方程组,实现整体求解的连接模式,有效地解决了不同形态流场的模拟问题。应用研究表明:该方法合理,计算结果较理想。     

A coupled 1-D and 2-D channel network mathematical model used for flow calculations in the middle reaches of the yangtze river

A coupled one-dimensional (1-D) and two-dimensional (2-D) channel network mathematical model is proposed for flow calculations at nodes in a channel network system in this article.For the 1-D model, the finite difference method is used to discretize the Saint-Venant equations in all channels of a looped network.The Alternating Direction Implicit (ADI) method is adopted for the 2-D model at the nodes.In the coupled model, the 1-D model provides a good approximation with small computational effort, while the 2-D model is applied for complex topography to achieve a high accuracy.An Artificial Neural Network (ANN) method is used for the data exchange and the connectivity between the 1-D and 2-D models.The coupled model is applied to the Jingjiang-Dongting Lake region, to simulate the tremendous looped channel network system, and the results are compared with field data.The good agreement shows that the coupled hydraulic model is more effective than the conventional 1-D model.     

黄河河口水沙运动的二维数学模型

本文针对黄河河口河道水沙潮波的特点，从水流连续方程、运动方程，泥沙运动方程出发，补充了潮流挟沙能力的计算公式，建立了黄河河道河口二维数学模型。以1982年实测资料，从潮位过程、流速大小和方向及海底冲淤变形等方面对数学模型进行了验证计算。在此基础上开展了典型水沙条件下黄河河口泥沙运动规律的模拟研究。其结果揭示了黄河河口清水沟所处海域的潮流潮汐特性和泥沙输移规律。这些成果与实测资料以及卫星遥感分析结果一致，进一步表明了模型的可靠性。