河网水动力及综合水质模型的研究

采用Preissmann 4点隐式差分格式离散一维圣维南方程组,应用三级联解法求解河网水动力数学模型。基于河道-节点-河道算法的河网水质模型的求解特点,在WASP的水质模型理论基础上,建立了河网非稳态水动力综合生态水质数学模型,考虑了多个污染物变量的耦合计算、变量之间的相互转化和迁移。利用模型对4个河网算例进行验证。验证表明,水位和流量过程计算值与实测值吻合很好,各水质变量的计算值和实测值也符合较好,可见模型是合理可靠的,为河网的水质预测和管理提供了一个较为简便实用的工具。     

上海世界博览会园区河网水环境调控

为改善上海世界博览会园区河网水系的水质,建立综合考虑河道复杂形态、生态浮岛、河道底质释放污染等因素的河网水动力及水质模型,并利用世界博览会园区引、排水试验测定成果对模型进行验证。结果表明,两模型的计算值与实测值吻合较好,具有工程适用性,可用于模拟复杂河网水量和水质的变化。利用河网水动力和水质模型对河网常规污染、初期雨水污染、突发水污染和世界博览会泵闸故障4种情况下的调度方案进行数值模拟,并在此基础上提出适应小区域、多节点控制的潮汐河网水环境治理的应急水环境调控预案。     

利用同位素质量守恒原理估算太湖河网受水量

为配合太湖流域管理局开展的"太浦河调水改善下游及黄浦江水质试验"研究,利用水量平衡与同位素质量守恒原理构建了河网地区水量分配模型,以解决太湖通过太浦河泄水时河网区(两省一市)的受水量或受水比例问题.模型计算结果表明,利用落潮时的同位素丰度计算的两省一市的受水比例与实际监测成果较为接近.在优化站点、取样频次和取样时间后,该模型具有快捷、简便和经济的特点,可以用来近似估算河网区不同地点的受水量,但其精度有待进一步检验.     

来水组成模型

在太湖流域水文动力数学模型的基础上,以太湖流域的实际水网为例,建立了来水组成模型。该模型能准确计算出不同水源在河网中的运移过程,定量研究河网各断面的来水组成。从理论和模型上较好地解决了复杂河网的来水组成问题。     

外钓光汇石油基地工程水动力及海床冲淤数值模拟分析

外钓光汇石油基地工程位于舟山外钓山岛南侧,建设内容包括基地填海工程、工作船码头和3 000 t级油品码头。工程建设会对附近海域的水动力及海床冲淤造成一定程度的影响。本文利用Delft3D建立了工程区附近海域二维水动力数值模型,结合实测潮位、潮流资料,对该模型进行了验证,进而定量计算了基地工程实施后附近海域的潮流和海床冲淤变化。结果表明,在工程区东侧围堤和码头后方,涨、落潮流速明显减小,幅度为20%～40%,相应地海床趋于淤积,最终淤积厚度为0.8～1.2 m;码头对岸老塘山港区前沿的涨、落潮流速有所增加,幅度为5%～20%,相应地海床趋于冲刷,最终冲刷厚度为0.4～0.5 m。     

秦皇岛海域洪季水动力及污染物扩散数值模拟

基于实测资料验证的秦皇岛近岸海域二维水动力和污染物扩散模型,研究了秦皇岛近岸海域洪季大潮水文条件下的水动力和污染物扩散分布特征,并在此基础上分析了风对秦皇岛近岸海域水动力和污染物扩散的影响.研究发现,秦皇岛近岸海域落潮流为东北(NE)向,涨潮流为西南(SW)向.在渤海夏季风作用下,秦皇岛近岸海域整体水位略有降低;落憩时刻,石河口以北海域流速降低,石河口以南海域流速增加;涨憩时刻,石河口以北海域流速略有增加,戴河口至滦河口间海域流速降低.化学需氧量(COD)扩散方向与涨落潮方向一致,涨落憩时刻,COD浓度均在滦河口以南海域降低,洋河口以北海域增加.     

基于MIKE11的城市河网雨水径流污染模拟研究

随着我国社会经济的快速发展,城市雨水径流污染成为影响水环境的重要因素,预测雨水径流的影响对保证用水安全与城市水环境质量具有重大意义。基于MIKE11模型软件,构建城市河网水力水质模型,确定河网水量水质变化情况;模拟降雨径流对河网水环境的影响范围与时间,掌握河网水质自净及纳污规律。通过与实际监测数据对比分析,该模型能较好模拟河网在雨水径流影响下的水环境变化,预测结果可以为该区域水环境保护和水资源管理决策提供科学依据。     

基于MIKE11的城市河网雨水径流污染模拟的研究

随着我国社会经济的快速发展,城市雨水径流污染成为影响水环境的重要因素,预测雨水径流的影响对保证用水安全与城市水环境质量具有重大意义。基于MIKE11模型软件,构建城市河网水力水质模型,确定河网水量水质变化情况;模拟降雨径流对河网水环境的影响范围与时间,掌握河网水质自净及纳污规律。通过与实际监测数据对比分析,该模型能较好模拟河网在雨水径流影响下的水环境变化,预测结果可以为该区域水环境保护和水资源管理决策提供科学依据。     

上海市主要河流调水方案的水质影响分析

针对上海市平原感潮河网的特点,对全市河网的水流、水质调度情况进行了详细分析,并利用MIKE11建立了上海市平原感潮河网的水动力和水质模型,同时数值模拟和分析了全市主要河流调水方案对水质的影响.结果表明,通过水利工程的合理、科学调度运行,全市骨干河流的水质可以得到一定程度的改善,部分河段的水质甚至可以提高1~2个水质等级.     

苏州河干流防洪水位的数值计算

利用一维河网模型系统MIKE11建立苏州河水系水文模型和河网水动力模型,模型率定结果表明,干流模拟水位与实测结果非常吻合,所建模型可以准确反映苏州河水系的水动力条件.考虑上游洪水位、区间暴雨和下游高潮位遭遇的不利组合,进行苏州河干流最高防洪水位的数值计算,计算结果可为苏州河环境综合整治二期工程———防汛墙的改造提供科学依据.     

广州西航道主要水源地水质达标分析

利用河网区非稳态水量、水质数学模型及水文、水质、污染源同步观测资料,推求了广州西航道水质降解系数;采用二维控制断面水质达标分析模型,建立了涨、落潮设计水文条件下水源地水质与污染源的响应关系;通过对影响广州西航道主要水源地西村、石门两水厂主要排污口的调查,研究了西村、石门两水厂的水质达标情况．结果表明：各排污口的削减方案涉及社会、经济等多种因素,很难仅从环境角度给出最佳方案;通过不同方案下水源地水质与排污量的响应关系曲线,可确定出水源地水质达标时各排污口的允许排污量．     

围垦工程对温州近海及河口水动力的影响

基于温州近海及河口二维水流数值计算模式,以2002年为基准水平年(现状),针对温州市近期、中期和远期围垦工程,从水(潮)位、流速和潮量3个方面探讨了围垦工程对近海及河口水动力的影响.计算结果表明:近、中期围垦工程实施后,洪季和枯季时瓯江口内最高潮位均略有减小,北口的涨、落潮量均增大3%～4%左右,而落潮总量和平均流速基本没有变化.远期工程尤其是瓯江南口围垦工程实施后,瓯江口内最高潮位洪季时增大而枯季时减小,涨、落潮最大流速均有所增大,北口潮量变化较为明显,枯季时潮量减少10%左右,鳌江口、飞云江口附近的落潮流速略有增大,而涨潮流速略有减小.南口围垦工程对瓯江口内潮位和涨落潮流速变化的影响最为明显,对维护北口的深水航道有一定的益处,但也要进一步加强对瓯江北口两岸岸滩稳定性的监测.     

建闸河口整治工程与河床演变特征研究

建闸河口整治工程引起的河床演变调整十分复杂.基于验证好的潮流、泥沙输运及河床演变模型分析了双龙河口整治一期工程和二期工程后水动力和河床演变的响应特征.结果表明,闸下河道水动力变化和河道冲淤分布与局部浚深拓宽及纳潮量增加有密切联系.若仅对河道上段局部河道进行整治,浚深拓宽段的涨落潮不对称现象加剧,局部产生回流区.若以固定坡降对整条河道进行整治,则涨落潮流速显著增加且不对称性减小.纳潮量增加在工程初期会引起口门段冲刷,而局部拓宽段会因流速相对减小而产生淤积,特别是在回流区淤积严重.因此为延长工程寿命,尚需辅以定期开闸放水和局部清淤等措施.     

建闸河口整治工程与河床演变特征

建闸河口整治工程引起的河床演变调整十分复杂.基于验证好的潮流、泥沙输运及河床演变模型分析了双龙河口整治一期工程和二期工程后水动力和河床演变的响应特征.结果表明,闸下河道水动力变化和河道冲淤分布与局部浚深拓宽及纳潮量增加有密切联系.若仅对河道上段局部河道进行整治,浚深拓宽段的涨落潮不对称现象加剧,局部产生回流区.若以固定坡降对整条河道进行整治,则涨落潮流速显著增加且不对称性减小.纳潮量增加在工程初期会引起口门段冲刷,而局部拓宽段会因流速相对减小而产生淤积,特别是在回流区淤积严重.因此为延长工程寿命,尚需辅以定期开闸放水和局部清淤等措施.     

王港河口污染物排海扩散规律——以氨氮扩散为例

沿海地区污染物排放对近海水环境影响较大。本文通过建立平面二维水动力模型和污染物扩散模型,以江苏沿岸主要污染物氨氮为例,对王港河口地区水动力条件和污染物扩散进行了模拟。模拟结果显示,在污染物排放点水深小于10m时,涨潮时排放污染物的扩散、稀释作用较落潮时排放更明显,10m水深以上排放点可以不考虑涨落潮影响;受大丰港等沿岸建筑物的影响屏蔽作用,1m水深位置涨潮时排污污染物滞留最明显;随着排污位置水深增加,污染物扩散效果明显,在水深10m位置扩散作用有明显增强。模拟得出在考虑污染物影响范围的条件下,排污位置点选择10m附近较合理。     

基于数字栅格的河网小流域水质数学模型构建与应用

河网地区降雨充沛,河道水质受点源排放和降雨径流面源污染排放影响出现时空动态变化。针对小流域水质达标评估的需求,构建了基于栅格化空间重力汇水流向的降雨径流污染模型,并通过耦合河道水动力水质模型,建立点源、面源排放与河道水质的动态响应关系。以我国常州市武进港小流域为研究区域,对该模型系统进行了率定,确定了水质模型的主要参数。建立的模型系统能够实现对河网水质日尺度的动态模拟,继而实现从年均水质达标到每日水质达标的精细化分析。针对研究区域污染源组成特点,对不同污染负荷削减方案进行模拟评估。最优工况下,入湖断面高锰酸盐、氨氮和总磷的年达标频次（地表水III类标准）分别从23.0%、0、16.4%升高至71.8%、66.3%、75.9%。     

面向水环境改善的城市河网综合调控研究进展与前沿

面向日益突出的城市河网水环境改善需求,从支撑技术和管理决策两方面,总结了当前研究进展,并提出了3个待解决的技术难题:(1)城市河道高效适应性水质净化技术和装置;(2)城市河网精细水环境模拟和全局优化调控技术;(3)城市河网水环境改善管理决策支持技术.在此基础上,提出了亟需突破和解决的前沿技术,包括城市河网联动水循环净化系统的集成水质净化技术、城市河网水循环净化系统的水动力-水质耦合数值模拟与综合调控技术、城市河网联动水循环净化系统管理信息平台构建技术,并阐述了技术的研究思路.     

城镇河网水环境模拟及水质改善情景方案

为寻求促进平原地区城镇河网水环境问题识别和水质改善的方法,以苏州市甪直镇河网为例,基于水文水质监测数据建立了相应的水环境模型,并将其应用于水质问题识别和水质改善方案研究中。甪直河网流动状态欠佳,长期平均流速小于0.02m/s的河道占河道总长度的63%、总水面面积的49%,不利于污染物迁移扩散,是导致该区域水质变差的主要原因。利用水环境模型对甪直河网的水文水质时空分布进行模拟分析,在此基础上制定出水系结构优化和水利调度强化2个水质改善方案。基于水环境模型的情景分析结果表明:水系结构优化方案能够有效促进生化需氧量BOD5和氨氮NH3-N这2类污染物的整体质量浓度水平降低。现场试验结果表明:水利调度强化方案能够有效地增强甪直河网流动性,实现以溶解氧DO质量浓度上升为表征的水质改善。     

引江济太措施对望虞河西部污染物滞留和转移风险分析

引水调控措施是改善太湖流域区域性水环境的应急措施,多年试验研究成果证明了引水措施的有效性。由于调水工程的复杂性以及受到诸多不确定性因素的影响,引水调控措施在改善区域水环境的同时,也会对引水沿线周边区域水环境带来一定的影响,尤其是望虞河西部区域,河网水流受阻,存在武锡澄虞河网区污水滞留或向其他地方转移的风险。针对4个引排水方案,分析了引水对河网水动力条件的变化,比较了引水对望虞河西部河网地区水质影响,分析了河网河道污水滞流时间、强度及迁移长度,评价了污水滞留风险,提出了相应的应急对策。     

平原河网地区闸泵群联合调度水环境模拟

为探索闸泵联合调度对水环境的改善作用,以苏州城市中心区为研究对象,基于实测数据构建河网一维水动力-水质数值模型,模拟了45个关键水工调控工程;对污染源做了详细的分类计算,采用实测水质资料对模型进行验证。利用该模型研究了平水年现状调度方案下的水质变化规律,结果表明,CODCr和NH+4-N质量浓度变化与水位呈负相关,且枯水期水质呈现西北好东南差的特点。针对此特点,提出利用城市中心区闸泵群对西塘河引水量进行再分配,作为枯水期水质改善的调度方案,模拟结果表明,在新的调度方案下,大部分区域的水质都能达到更优一级的标准,各站点的污染物浓度都有大幅减少,最多减少了49.7%。