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。     

哈达山水库水动力与水质模拟研究

利用哈达山水库枯水年的实测数据,基于Delft-3D软件,建立适合哈达山水库的二维水动力数学模型,并得到CODCr浓度在库区的分布。结果表明:水流自上游向下游移动比较平稳,流速约为0.15 m/s;沿着水流方向,CODCr浓度呈现出一个连续的降低过程;CODCr随季节变化较大,5—7月浓度最高,1—4月、10—12月浓度较高,8—9月浓度最低,全年峰值出现在6月,小于20 mg/L,符合饮用水标准。     

水动力与水质数值模拟中的有限元法

阐述了有限元法在水动力与水质数值模拟中的新发展，数据前处理软件把工程人员从繁重的数据生成和整理中解放出来，联合使用不同类型等参数单元可以更加准确拟合不规则边界，非线性与线性方程组的解法更加完善，从而提高求解精度，减少迭代次数和放宽时间步长，选取海南省万宁小海作为应用区域，对照水文水质实际测验资料，在水动力，盐度和水质（可降解物质）方面展开模拟计算，模拟计算结果与实测值符合较好。     

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。     

闽江下游河床演变水质影响数值模拟

本文在对闽江下游河道现状充分调查的基础上,建立了闽江下游(水口坝下～闽江口)二维水动力、水质数值模型,并利用各水文站、测流断面的水位、流量观测结果对模型进行验证.然后,应用该模型定量化研究河床演变下闽江下游各排污口污染带对主要取水口的影响程度,并提出对策措施.     

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。     

基于MIKE11的浑太河水动力水质模型研究

基于MIKE11构建了浑太河流域主干河流—浑河、太子河水动力水质数值模型,并对浑河闸、葠窝水库两座大型水利工程进行概化处理,利用长序列逐日水文资料对模型参数进行率定与验证。研究结果表明,水动力、水质及可控制水工建筑物模拟精度高、拟合效果好,能够充分反映研究河段水动力及水质特征,可为水质预测、水质水量联合调度等水利工程相关研究提供模拟响应工具。     

二维水动力水质模型在入河排污口设置中的应用

采用MIKE21对长江黄石段沿江排污口在正常排污工况和非正常排污工况下污染物的迁移扩散进行了数值模拟,预测了不同排污工况下污染物的时空变化规律。结果表明,在正常排污工况下,排污对区域水质无明显影响;在非正常排污工况下,排污对下游河道水质有一定影响,但未显著改变下游水功能区水质。     

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。     

基于MIKE 21的密云水库二维水质模拟

根据密云水库的地形、水文等信息,利用MIKE 21模型对密云水库水动力进行模拟,模拟效果能较好地与实际监测数据吻合,模拟误差在计算要求范围内;根据密云水库水质数据,利用ECO Lab水质模型耦合水动力模型,模拟南水北调来水对密云水库水质、水生态的影响,模拟成果对密云水库水环境管理工作具有一定的指导意义。     

基于数值模拟的南湖流场优化与水质改善研究

针对城市景观水体流动性差,往往处于封闭或半封闭状态,容易造成富营养化的问题,以典型城市景观水体山东郓城南湖为研究对象,基于MIKE21软件构建了湖区水动力-水质耦合模型,对湖区流场与水质情况进行了模拟计算。为改善湖区流场和水质状况,提出增设水源热泵回水口的优化方案,并根据模型模拟结果,对不同方案流场改善效果进行了分析比较。结果表明：增设水源热泵回水口能有效改善南湖流场分布与湖区水质;以氨氮为评价指标,沿湖岸设置4个回水口的方案与原方案相比较,观测点的氨氮质量浓度平均降低了59.7%,对水质的改善效果最好。     

水动力-水质模型在人工湖优化设计中的应用

以青海省德令哈市人工湖为例,介绍了MIKE水动力-水质耦合模型在人工湖引水流量及湖体形态优化设计中的应用情况。通过对人工湖形态的网格划分,在大量模拟方案的基础上,系统模拟了人工湖不同点位的水体交换完成时间,确定了2条引水渠道的引水流量和引水周期;通过人工湖"新"、"老"水体的对流扩散模拟,确定了湖体重污染潜在区域和富营养化高发区,为湖体形态和水体流态的优化提供了重要技术支撑;通过对风场叠加方案的模拟,为工程运行期间换水时机的选择提供了关键的参考依据。     

哈达山输水工程水质数值模拟研究

Delft-3D是由荷兰水力研究院开发设计的三维可视水动力-水质联合模拟软件系统,可全面仿真水域的三维循环水流水质情况。文章采用解析法预测了哈达山水利枢纽工程输水后输水干渠水质浓度,并以Delft-3d软件为技术平台,建立了哈达山水利枢纽输水工程花道泡反调节水库水质数值模拟模型,预测了输水后花道泡的水位、水质浓度变化趋势。     

石佛寺水库二维水动力及水质数值模拟与分析

石佛寺水库位于辽河干流,具有重要的生态功能.以石佛寺水库为研究对象,基于MIKE21软件的二维水动力模块和水生态模块,对水库生态系统内物理、化学、生物反应进行数值模拟研究,以为水库水环境管理提供一定的科学参考.首先,通过实测数据对模型的参数进行了率定和验证,确定了石佛寺水库二维水动力和水质模型的有效性;然后,运用该模型...     

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Delft3D的三峡水库不同工况下香溪河水动力水质模拟

三峡大坝高水位运行对库区支流水环境的影响一直是备受关注的问题。以三峡库区支流香溪河上游河段为例,基于Delft3D模型,进行水动力水质模拟研究。首先,采用模型中的Flow模块对研究水域构建了水动力模型,对研究河段2013年汛期和蓄水期的水动力时空特征进行模拟;然后利用Waq模块构建了水质模型,模拟了NH+4在大量排放之后的流动分布规律。模拟结果表明:香溪河在汛期呈现"河相",流速较大;在蓄水期香溪河的"湖相"化趋势明显,流速低,形成涡旋;在蓄水期,由于三峡库区水位抬升,造成香溪河流速缓慢,其水动力特征对污染物分布中起了决定性的作用,使污染物表现出明显的回水污染特征,威胁香溪河水质安全。研究结果可为三峡库区支流的区域化管理提供决策参考。     

基于二维水动力模型的斜交桥梁防洪影响研究

斜交桥梁由于上下游桥墩间相互干扰,阻水效应较正交情况下更加明显,对河道行洪的影响更为复杂.本文基于MIKE21软件建立昌景黄铁路跨金东河二维水动力学模型,研究大桥实施后桥墩对该河段行洪能力及河势的影响,为防洪评价提供依据.     

南淝河生态补水水质改善效应试验研究

为改善南淝河水体水质,利用南淝河流域水污染治理和水生态修复成果,通过南淝河生态补水试验率定和验证 MIKE11 水动力水质模型合理性,分析南淝河在不同生态补水量下水质变化。MIKE11 水动力水质模型能够较好地模拟南淝河在生态补水条件下水动力和水环境质量改善的情况。通过条件优化和试算得出,与入河污染物总量相比,生态补水后河道自净能力的贡献占比约 14.6%～19.0%,其中河道自净能力增量占比约 6.2%～9.4%。研究结果表明,生态补水对南淝河水体水质情况有所改善,但仍以稀释作用为主,河道自净能力发挥的作用有限。     

新疆博斯腾湖二维水动力数学模型研究

风场是影响湖泊水动力的重要因素,它可以改变水体运动速度和方向,影响各种物质在湖泊内的输移扩散。通过分析博斯腾湖大湖区风场,准确估算出风力、风向变化情况,构建了博斯腾湖平面二维水动力模型。应用计算模型对博斯腾湖水动力进行模拟预测,分析不同风向、风速对湖泊流场结构的影响,为进一步研究博斯腾湖水动力和污染物输移扩散提供理论依据。