RESEARCH ON HYDRODYNAMIC AND WATER QUALITY MODEL FOR TIDAL RIVER NETWORKS

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＰｌａｉｎｒｉｖｅｒｎｅｔｗｏｒｋａｒｅａｉｓａｌｗａｙｓｔｈｅｒｅｇｉｏｎｗｉｔｈｌｏｗｅｒｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ ,ｈｉｇｈｄｅｖｅｌｏｐｅｄｃｉｔｉｅｓａｎｄｌａｒｇｅｑｕａｎｔｉｔｙｏｆｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ,ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｓｏｍａｎｙｌａｋｅｓ,ｒｉｖｅｒｎｅｔｗｏｒｋｓ.Ｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆａｒｅａｉｓｓｔｒｏｎｇｌｙｉｎｆｌｕ ｅｎｃｅｄｂｙｔｉｄａｌ,ａｎｄｆｌｏｏｄｏｃｃｕｒｓｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ .Ｈｙｄｒｏｄｙ ｎａｍｉｃｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｔｉｄａｌ…     

双向波演算模型验证

针对河口地区洪水演算受地形、河床结构影响大的特点,水动力学方法常受这些资料条件限制而导致其使用效果不佳或甚至无法使用问题.在水量平衡、河段单元蓄量方程和谢才公式基础上,提出了以物理定律为基础的水位演算模型.考虑到河口地区河道洪水运动受上游洪水波的顺水传播影响的同时又受下游潮水波的逆水传播作用特点,提出了双向波水位演算设想,把水位演算模型改进成了适合于河口特点的双向波水位演算模型.再结合动力学数学物理方程,提出双向隐式差分格式,组成了差分解模型,进而证明了河道水流双向波演算模型与运动波方程的一致性及其演算模型的物理基础.并在曹娥江的河口段进行了检验,表明双向波水位演算模型结构合理、模拟效果良好.     

钱塘江河口围垦回淤过程预测探讨

在河口进行围垦，由于边界条件的改变和纳潮量的变化，一般都会引起河床的冲淤变化，对淤积过程的是一个非常重要且困难的问题。本文根据定床潮流 结果，利用河床变形方程求得围垦后的初始淤积速率，利用最小能耗原理求得极限淤积平衡状态，而由灰色理论求得整个淤积过程，经动床物理模型的印证和实测资料的检验以及工程事的发展过程的验证，均表明本文提出的预测方法是可行的，具有一定的可靠性和预测精度。     

水动力模型在平原感潮河网地区的研究与应用

根据平原感潮河网的水力特性，研究复杂河网非恒定流计算问题，利用圣维南方程组、节点连续方程及边界条件建立了水动力数学混合模型。将模型应用于宁波市鄞东南水系的河网计算，并利用2005年“麦莎”台风实测水文资料对模型做了检验。验证结果表明，建立的水动力数学模型是可行的，可以用于平原感潮河网地区的水力计算。     

一二维联解潮流数学模型在防洪评价中的应用

针对单纯使用一维或二维数学模型难以准确高效模拟大型涉水工程对水域影响的问题,通过利用一、二维联解潮流数学模型,在珠江口某港区码头工程附近使用二维模型,对该区域流场和流速变化范围进行模拟,其余水域采用一维模型模拟。结果表明,工程对珠江东四口门及工程周边水域水位、流速、河道潮量及分流比、潮排、潮灌、排涝等影响不大。结论认为,一、二维数学模型联解计算可以用于大型工程,尤其是海域内大型工程的防洪评价计算,并能够得出较为可靠的计算结果。     

珠江三角洲河网地形和径流条件变化对潮动力格局的影响

针对上游建库及航道疏浚等人类干预引发的河床不均匀下切与径流年内分配调整导致珠江三角洲河网内径流、潮汐、河口地形间相互作用随之变化的问题,基于连续小波变换方法,结合实测水文资料与河网一维水动力模型,对比分析了地形与径流变化前后河网潮动力格局的调整,并将一维圣维南方程中的非线性摩擦项分解为径流成分、径潮作用成分、潮汐成分,量化了各成分对于潮动力格局调整的贡献。结果表明：地形与径流变化后,洪季各潮族动力均显著增强,枯季高频潮族动力衰减更迅速,枯季径流量增加对潮汐的调制作用在大部分河道抵消了地形下切造成的潮汐动力增强;河网上游非线性摩擦项中径潮作用成分对于潮动力格局调整的贡献增大,径潮非线性作用增强。     

一、二维耦合数学模型在感潮河网洪水风险图编制中的应用

为了解决感潮河网径流、潮汐交汇,动力复杂,溃决洪水难以用经验公式准确概化的问题,建立直接以溃口为耦合断面的河网一维、保护区二维侧向耦合模型,将感潮河网与保护区一体化,避免环境因素及经验参数的不确定性带来的溃口流量估算误差。典型算例和中顺大围溃决洪水情景模拟表明：洪水自溃口集中喷射出后分散流向围内,流态受围内下垫面影响显著,溃口水位、流量随外江潮位涨落而起伏变化,由溃口流量过程线计算所得溃口水量与根据淹没区各单元的面积和水深计算的围内总水量一致。模拟成果直接反映下垫面、水头差、潮位涨落,及溃口流态对溃决洪水的综合影响,反映出本耦合模型计算溃口流量及对溃决洪水模拟的合理性、可信性,具有较好的应用前景。     

一维潮流与含氯度耦合数学模型及其应用

针对东江三角洲的实际情况,建立一维潮流与含氯度耦合数学模型,通过对东江下游及其三角洲供水水源工程8个基本布置方案的对比分析,定量计算不同方案对水动力条件、咸潮界的影响。结果表明:该模型能较好地模拟潮流与含氯度的变化,可为东江三角洲河网区河道治理、城市供水工程建设等相关问题的研究提供科学依据及技术支撑。     

水沙数学模型技术在长江河口整治中的应用

为给河口整治提供参考和借鉴,基于DELFT3D模型系统建立了长江河口水沙数学模型,并利用实测水文、泥沙数据进行了率定、验证。大量实测资料验证结果表明,该模型的潮位、潮流和含沙量模拟平均精度分别可达91%,86%和72%,模型具有较好的模拟精度。该模型在长江河口治理规划研究、整治工程方案设计、施工设计、航道治理等方面应用效果良好,可为相关整治工程的决策和设计提供一定的技术支撑,值得进一步推广应用。     

河口潮流河段二维非恒定流数模研究及应用

本文基于SIMPLeR算法,以长江河口南通河段狼山～四号坝河道为计算实例,建立了一套河口潮流河段二维非恒定流数学模型。实例计算和验证表明：计算的潮位和潮流过程与实测过程吻合较好,计算的流场合理。采用该数学模型还进行了南通华洋液化气有限公司拟建的化工码头对河道及防洪影响的工程计算,也取得了较满意的结果。     

平原感潮河网区域城市洪涝分析模型研究

为开展平原感潮河网区域城市的洪涝分析,综合考虑了该类型区域河流密度大、具有城市的特殊下垫面以及市政排水对洪涝的影响等特点。以城市主干河流、堤防等交汇包围的区域为单元提出了河网排涝单元模型,以排水分区为单元按照其排水能力建立了排水概化模型,并与模拟主干河道和道路、模拟地面的洪水演进模型耦合,建立了平原感潮河网区域城市洪涝分析模型。以上海市浦西防洪保护区为例,开展了上游河道洪水、风暴潮及区域降雨和防洪工程调度综合影响下的洪涝分析。结果表明,黄浦公园等站潮(水)位过程与实测基本一致,苏州河、淀浦河、西大盈港等河流发生漫溢,与实际情况基本相符。研究成果对平原河网地区城市洪涝模拟具有参考价值。     

浅水湖泊水生态数学模型研究及应用

该文针对珠三角感潮浅水湖泊水环境模拟问题,在二维水流-污染物输移耦合数学模型基础上,结合WASP(water quality analysis simulation program)水生态数学模型原理,考虑溶解氧、氨氮、硝酸盐氮、有机氮、无机磷、有机磷、碳生化需氧量和叶绿素a等8个水质变量及其相互作用的溶解氧平衡子系统、氮循环子系统、磷循环子系统和浮游植物动力学子系统,建立了浅水湖泊水生态数学模型。通过室内实验系统模拟了珠三角某典型感潮人工湖泊外江来水营养条件对蓝藻生长的影响,确定了蓝藻生长速率等关键模型参数,并模拟了湖泊不同换水方案下叶绿素a的时空分布规律,为控制湖泊水体富营养化、预防蓝藻水华爆发提供科学依据。     

长江口北槽潮波传播变化特征研究

长江口深水航道治理工程实施后,北槽河势发生了巨大变化,北槽河床形态、水深的变化必将影响长江口潮波传播。为研究长江口潮波传播的变化,利用非结构网格FVM方法建立了大通至外海的大范围数学模型,研究长江口深水航道治理工程各分期工程对潮波传播的影响。研究表明长江口深水航道治理一期工程因工程量相对较小,工程实施后,北槽潮波变化相对较小;二期工程后北槽潮波能量损失较大,高潮位略有抬升,低潮位大幅度抬升;三期工程后,潮波变化与二期工程基本一致。北槽导堤工程引起的潮波能量损失较小,丁坝工程致使潮波能量损失较大。     

感潮河流水环境容量计算——以太湖流域太浦河为例

为了探讨感潮河流水环境容量计算方法,以太湖流域重要的感潮河流——太浦河为研究对象,在水量、水质模拟计算的基础上,建立了感潮河流水环境容量计算模型,核算了太浦河的水环境容量,并对核算结果的合理性进行了验证。结果表明,2003年型(P=88%)降雨条件下,太浦河COD水环境容量为14405 t/a,NH3-N水环境容量为1 007 t/a。     

河口,海湾平面潮流数值计算中的几个问题

笔者近年来在从事何口、海湾潮流数值计算的工作实践中，时常碰到一些问题，如床面糙度ｎ值的分布情况，模型动边界与水量平衡的影响关系，开边界条件缺损如何补救，嵌套模型内边界控制信息能否保证平滑传递等，往往不能从数学模型所依托的基本议程及其计算格式中寻求解答，而需要针对不同问题的具体性质，采用满足物理图案，又便于实际操作的措施予以克服和解决。本文通过在珠江口磨刀门、从今洋和黄茅海等河口湾以及粤西水东湾（比     

义泽河闸工程规模模拟演算分析

感潮河段的涝水和潮水的关系较为复杂,二者并无内在联系,二者组合问题目前尚无完善的解决办法,现以实测资料推求出感潮河的设计涝水和设计潮位、潮型,试用半日河川水库动态水量平衡法对感潮河段上的水位进行模拟演算,以推求闸门合理的设计宽度.     

闸控感潮河段重金属迁移转化规律研究

以长江感潮江段的某入江河道为典型案例,根据闸控条件下的水文特征、污染物迁移转化特性分别建立了由入江河道及长江相关河段构成的动态二维水动力及重金属数学模型,模拟分析了闸门控制下入江河道的水流运动规律、点源连续排放的重金属浓度随时间变化及二维平面分布特征。模拟结果表明:在长江潮汐、水闸控制影响下,入江河道内重金属浓度在一定范围内呈现周期性波动的现象,重金属浓度整体呈增大趋势,随着污水排放时间的推移,河道内各断面处重金属浓度最大值和波动区间均趋于稳定;典型超周期内,河道内落潮流污染带长度大于涨潮流。重金属在潮汐河道内的变化是一个非常复杂的过程,对这一过程的模拟,可以为河道水质治理和污染防治提供技术依据。     

钱塘江河口盐水入侵影响因素及数值预报

为预报钱塘江河口取水口水体氯度,应用基于Godunov格式的有限体积法建立了考虑涌潮作用的二维氯度预报数值模型,采用实测资料并结合数值模型计算成果,分析了径流、潮汐及涌潮、江道地形等主要因素对钱塘江河口盐水入侵的影响。研究结果表明,江道地形是通过改变潮汐大小间接影响盐水入侵的,江道容积越大,潮差和进潮量越大,导致盐水入侵越严重;涌潮促使盐水入侵加剧,涌潮前后氯度存在突变。模型在钱塘江河口氯度预报中的应用结果表明,模型计算结果与实测值基本吻合,模型具有较大的预报应用价值。     

基于有限体积法及FDS格式的感潮河段二维泥沙冲淤模型

本文以木兰溪下游裁弯河段为例，建立了有限体积法的水平二维非恒定流均匀沙不平衡输移计算模型。采用黎曼近似解通量差分裂(FDS)格式计算通过各单元边的水流、含沙量法向数值通量，并应用相关的悬移质、推移质河床变形计算公式计算冲淤变化。数值模型经相应的河工模型试验资料率定、检验后，预测了裁弯工程建成后河道可能的冲淤变化，为工程设计和施工提供依据。     

感潮河段水沙数学模型研究与应用

感潮河段的水流和泥沙运动均具有很强的非恒定性,采用有限体积法建立了一套感潮河段平面二维水流泥沙数学模型。模型采用同位网格的SIMPLEC法对水流方程进行离散和求解,较全面地考虑了非均匀悬移质及推移质运动,具有较好的普遍适用性。以长江下游口岸直河段和仪征河段为例,分别对模型作了定床和动床计算,计算结果与实测值符合较好,从而证明了模型的可靠性。