浅水湖泊平面二维水流-水质-底泥污染模型研究
二维随机水质模型研究及其应用的开题报告
二维随机水质模型研究及其应用的开题报告
一、研究背景与意义
随着城市化进程的加速和人口的快速增长，城市水环境面临着越来越大的挑战。
水质
污染问题逐渐成为人们关注的焦点之一。
为了保障水环境的可持续发展，需要对城市
水质污染进行有效地评估和管理。
随机水质模型是一种定量评估城市水质的有效方法
之一，在城市水环境规划和管理工作中具有广泛的应用前景。
二、研究内容和目标
本文研究的主要内容是二维随机水质模型的建立与应用。
该模型基于经典的扩散模型，考虑了城市水体中污染物的扩散和对流，以及环境条件和排放源等因素的影响。
在模
型构建的过程中，将运用数学统计学和计算机仿真等方法进行数据处理和模型验证，
以提高模型的准确性和可靠性。
通过建立二维随机水质模型，本文旨在解决以下问题：
1. 确定城市水质受污染的关键因素；
2. 评估城市水质的稳定性和变异性；
3. 优化城市水环境管理措施，降低水质污染的风险。
三、研究方法
1. 搜集城市水环境数据，包括水体的水质指标、环境条件和排放源等因素；
2. 基于扩散模型，建立城市水质二维随机模型，结合计算机仿真和数据处理技术进行
模型验证和优化；
3. 运用该模型进行城市水质的稳定性和变异性分析，并探究城市水环境管理措施优化
的途径和对策。
四、研究结果与预期贡献
通过建立二维随机水质模型，可以全面评估城市水环境质量，深入探究城市水质受污
染的关键因素，提出科学的管理建议，从而推进城市水质污染治理工作的有效实施，
实现水环境的可持续发展。
预计本研究将在数学统计学、水环境科学及城市规划等领
域做出一定的贡献。
基于二维水动力水质模拟下水环境容量的求解研究
基于二维水动力水质模拟下水环境容量的求解研究随着现代社会的发展，由于人口的增加，环境污染的加剧，以及农业、工业等各种生产活动对水资源的过度消耗，下水河流的污染程度不断增加，这就导致了水环境容量的急剧下降。
为了准确描述水环境的容量变化，研究者提出了基于二维水动力水质模拟的求解研究。
首先，在研究过程中，研究者将水环境成分划分为两维概念：水动力学和水质学。
水动力学是指河流水文过程，包括河流的流动特性、水位变化和水流量；水质学指的是河流水质，主要关注河流水体化学物质、离子和有机物的运动过程以及水体的机械特性。
因此，研究者利用二维水动力模型和水质模型，通过对河流水文过程和水质特性的相互影响，进行模拟分析，从而准确描述水环境容量的变化。
其次，研究者利用二维水动力水质模型，将流域分为上、下游两段，分别进行模型研究。
在上游模型中，研究者建立了水动力模型和水质模型，其中水动力模型主要包括水位、流量和渗透系数的模拟，而水质模型的主要内容是水质成分的物理变化过程，包括水温、浊度、溶解氧含量等指标的模拟；在下游模型中，研究者采用的是吸附减污法，即研究者建立了水流速度模型，模拟上游发生的水流和水质变化，并通过计算模型来求解各种污染物吸附情况，从而对污染物进行有效的减污处理。
经过上述模型研究，研究者建立了一种新型的流域水环境容量模型，其可以准确描述水环境容量的变化特征，进而可以为水环境的容量恢复提供参考依据，从而改善水环境质量。
综上所述，本研究利用二维水动力水质模拟，对流域水环境容量的变化进行研究，为水环境的容量恢复提供了重要参考。
但是，本研究也有一些不足之处，例如，在模型研究中，研究者忽略了水体中其他污染物的影响；由于缺少实际数据，研究者也无法对模型的精度进行有效的检验；最后还有一点是，在流域水环境容量的恢复过程中，研究者也只是采用了基于物理机制的模型研究，而忽略了利用生态学方法来恢复水环境容量的重要性。
因此，在未来，研究者需要对模型进行进一步的改进和完善，以提高模型的准确性；此外，研究者也需要挖掘更多实际数据，以便有效地验证模型；最后，研究者也需要将生态学技术引入到流域水环境容量的恢复当中，进一步提升恢复水环境容量的有效性。
【国家自然科学基金】_平面二维数学模型_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140730
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2011年 科研热词 推荐指数 数值模拟 4 泥沙运移 3 数学模型 3 连续弯道 2 全沙模型 2 黄河大柳树-沙坡头河段 1 黄河上游 1 风生环流 1 隧道 1 隐式曲面 1 间断性 1 解析解 1 自由水面 1 线结构光 1 立体空间 1 热黏弹性梁 1 潮流泥沙 1 液体润滑 1 泵站前池 1 泥沙数学模型 1 泥沙动力学 1 泥沙 1 河道防洪 1 河网水体流动 1 河流模拟 1 河床变形 1 水流 1 水沙流 1 水沙条件 1 水动力特性 1 水力学 1 格子boltzmann方法 1 杭州湾 1 机械密封 1 最小二乘 1 最大冲深 1 无结构网格 1 旁侧入流 1 控导措施 1 拟静态弯曲 1 截弯取直工程 1 影响 1 形状逼近 1 建模 1 平面方程 1 平面二维模型 1 密封性能 1 大涡模拟 1 坐标系转换 1 南水北调中线总干渠 1 区域关系 1 动压效应 1
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47
科研热词 数学模型 闸门 重庆河段 重力坍塌 遥感数据 边界跟踪技术 贴体坐标变换 莫尔条纹 耦合 浅滩演变 流量 流场 洪水演进 洪水控制 泥沙淤积 泄流 汶川地震 水流泥沙数学模型 水沙 有限差分法 最小能耗率原理 最大流速 数值模拟 提前蓄水 底宽 平面二维模型 平面二维 嵌套模型 崔家营航电枢纽 局部连续网格 导流明渠 地形 唐家山堰塞湖 同心圆光栅 可视化 变分同化 参数识别 分汊河道 位移测量 二维ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ恒定流 二维水沙数学模型 二维数学模型 东荆河 三维数学模型 一维河网 vof方法 talbot自成像
基于水动力水质模型的浅水型湖泊水环境治理目标可达性评估
基于水动力水质模型的浅水型湖泊水环境治理目标可达性评估毛毅;饶世雄;陈铁;江山;范乐;魏征
【期刊名称】《给水排水》
【年(卷),期】2024(50)2
【摘要】当前湖泊水环境治理仍然面临着湖泊水质的实际改善效果与工程方案预期不相符的难题,特别是城市浅水型湖泊,其受外源污染、底泥释放、降雨冲击等因素,对治理成效扰动响应更为剧烈,因此,进行多因素成效评估对城市浅水型湖泊水环境治理尤为重要。
采用InfoWorks ICM模型,以武汉市墨水湖为例,搭建浅水型湖泊水质水动力模型,依据气象水文、城市开发建设、湖泊污染情况等现状数据,基于模型计算原理,研究COD、NH_(3)-N、TP等污染物的变化趋势,定量分析不同工况情景下湖泊水质的可达性,评估规划拟建工程的实施效果,可为同类湖泊水环境治理工程方案优化提供参考。
【总页数】7页(P65-71)
【作者】毛毅;饶世雄;陈铁;江山;范乐;魏征
【作者单位】武汉市政工程设计研究院有限责任公司;武汉市海绵城市和综合管廊建设管理站
【正文语种】中文
【中图分类】TU992
【相关文献】
1.浅水湖泊群连通与调水的二维水动力-水质藕合模型研究
2.基于环境流体动力学模型的浅水草藻型湖泊水质数值模拟
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4.基于湖泊水质和水环境容量评估的城市内湖污染治理研究
5.基于模型评估的水体综合治理水环境目标可达性分析
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污染底泥及其间隙水分层特性的模拟实验研究
污染底泥及其间隙水分层特性的模拟实验
研究
污染底泥及其间隙水分层特性的模拟实验研究
底泥污染是潮汐湖、河流和海湾中持续存在的问题，可以在海湾和潮汐湖中带来水环境的恶化，淤积和可溶性污染物的残留。
为了理解底泥受污染时的分层特征，开展污染底泥及其间隙水分层特性的模拟实验研究，对污染处理及水质调节具有重要意义。
本研究是采用模拟实验的方法，开展污染底泥及其间隙水分层特性研究，该实验模拟的环境模型是一个开放系统，其分层是在受污染的底泥和其表面水层中形成的，模拟研究以地下水从污染源中受污染为主题，并考察了污染底泥中污染物的分层特性和累积趋势。
实验中，以壳聚糖和石灰粉混合制作的原料，采用湿式压实法和湿式冷压结构制作了受污染的底泥模型。
实验采用含有典型污染物的模拟污染源对模型底泥进行污染，并研究底泥中污染物的整体和分层分布（下方、中心和上方）。
实验结果显示，经模拟污染源入射污染后，底泥中污染物的整体
分布均在较高水平上，其中有机物的分布比无机物的分布更为集中。
此外，污染物在底泥中的分层状况也得到了确认：污染底泥表层部位
的污染物浓度更高，逐渐随着深度增加而降低；中间层污染物浓度低
于表层，但高于底层，表明污染物在受污染底泥中存在分层分布特征。
综上所述，本研究采用模拟实验研究了受污染底泥及其间隙水分
层特性，发现了其污染物分布特征，为淤泥处理及水质调节提供了有
益的参考。
平面二维数学模型在地表水环评中的应用研究
平面二维数学模型在地表水环评中的应用研究作者：韦明来源：《环境与发展》2020年第10期摘要：在地表水环境影响预测和评价中，选择正确的水质模型才能得到准确的预测结果。
文章简要描述了地表水环境影响预测水质模型及适用条件，并根据HJ2.3-2018的相关要求采用平面二维数学模型对某规划环评项目进行了地表水环境进行了预测，意在说明如何选取合理的地表水环境预测模型和得到正确地表水环境影响预测结果。
关键词：地表水环境影响评价;水质模型;规划;环评;平面二维数学模型中图分类号：X832 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）10-0-01DOI：10.16647/15-1369/X.2020.10.094Abstract：In the prediction and evaluation of surface water environmental impact，accurate prediction results can only be obtained by selecting the correct water quality model.This article briefly describes the surface water environment impact prediction water quality model and applicable conditions，and uses a planar two-dimensional mathematical model to predict the surface water environment of a planned environmental impact assessment project according to the relevant requirements of HJ2.3-2018.It is intended to explain how to select Reasonable prediction model of surface water environment and accurate prediction results of surface water environment impact.Key words：Surface water environmental impact assessment;Water qualitymodel;Planning;Environmental assessment;Planar two-dimensional mathematical model随着新环保法、“水十条”的实施、公众环保意识的增强以及人民群众对美好生活的向往，地表水环境污染防治工作日益受到关注，为此各地纷纷出台水污染防治行动计划并开展了大规模的污染水体综合治理工作。
pinn 二维浅水方程
pinn 二维浅水方程浅水方程是研究水体运动的数学模型之一，是在垂直方向上近似为恒定的水深条件下，描述水体运动规律的一个重要方程。
浅水方程常被应用于河流、湖泊、海洋等自由水体的运动模拟和预测中，有着广泛的实际应用价值。
二维浅水方程是描述水体水平流动规律的方程，它假设水体是近似为一个平面，且在该平面内流动。
二维浅水方程可以由连续性方程和动量方程推导而来。
其数学表达形式如下：连续性方程：∂h/∂t + ∂(hu)/∂x + ∂(hv)/∂y = 0动量方程：∂(hu)/∂t + ∂(huv)/∂x + ∂(hu^2 + 1/2g(h^2))/∂x = -g∂η/∂x - C_d |u|u∂(hv)/∂t + ∂(huv)/∂y + ∂(hv^2 + 1/2g(h^2))/∂y = -g∂η/∂y - C_d |v|v其中，h是水深，u和v分别是水平方向和垂直方向的流速，g是重力加速度，η是水面高度，C_d是阻力系数。
从上述方程可以看出，二维浅水方程描述了水深、流速和水面高度之间的动态关系，能够较为准确地描述自由水体的水动力学特性。
在实际应用中，为了简化计算，常常做出一些假设条件，比如忽略摩擦力、将土地边界视为光滑壁等，从而得到一些近似解。
同时，通过适当的数值方法，可以利用计算机模拟二维浅水方程的解，以预测水体的运动状态，为防灾减灾和水资源管理提供重要参考。
二维浅水方程在实际应用中有着广泛的应用，比如在风暴潮预测、洪水预警、港口规划和海岸工程等方面都有重要作用。
下面我们将从几个实际应用的案例来具体说明二维浅水方程的重要性和作用。
首先，风暴潮预测是二维浅水方程的一个重要应用。
在飓风等极端天气条件下，海水常常会因风力的驱使而产生极大的涌浪，导致潮水位异常升高，对沿海地区的生命财产造成巨大威胁。
利用二维浅水方程模拟风暴潮的形成和传播过程，可以提前预警可能受影响的区域，并采取有效的防护措施，从而减少灾害损失。
浅水湖泊平面二维水质模型研究
浅水湖泊平面二维水质模型研究朱文谨;周凯【摘要】磷氮元素在水体中迁移对湖泊富营养化研究具有重要性.采用有限元伽辽金加权余量法建立了简单的二维水质模型,并计算了在风场作用下的苏州市澄湖丰水期和枯水期的氮磷的分布以及输移.计算中引入了可由实测资料率定的可为正负的综合衰减参数,综合考虑了氮磷元素的沉降速率和释放速率,这样减少了水质多参数难确定的困难.计算的结果表明,流态与实际情况吻合较好,氮磷元素的浓度计算值与实测值相差不大.%In order to predict the lake eutrophication,it is necessary to study the nutrients distribution such as phosphorus and nitrogen pollution. In this paper, the weighted residual method of finite element was used to establish the two dimensional depth-averaged water quality model. Then,the hydrodynamical movement and transport of nutrient material in Chenghu Lake were simulated with important functions. A comprehensive decay parameter of pollutant confirmed by field data was introduced in the calculation, which synthetically considered the settlement velocity and release speed of nitrogen and phosphorus at the same time. The results are in fair agreement with numerical data and observed data.【期刊名称】《水道港口》【年(卷),期】2012(033)004【总页数】5页(P353-357)【关键词】磷氮元素;水质模型;综合衰减系数;澄湖【作者】朱文谨;周凯【作者单位】淮海工学院土木工程学院,连云港222006;淮海工学院土木工程学院,连云港222006【正文语种】中文【中图分类】X824;O242.1Biography：ZHU Wen-jin（1981-），male，doctor.近年来，随着城市经济的发展，城市湖泊水体富营养化不断加剧，严重破坏了湖泊的生态环境。
基于零维模型的湖泊底泥释磷强度研究——以杭州西湖为例
人民长江2020年收稿日期：2019－06－11基金项目：水利部技术示范项目（SF －201801）；浙江省水利科技计划项目（ＲA1604）作者简介：滑磊，男，工程师，硕士，主要从事水环境数值模拟、河湖生态修复研究工作。
E －mail ：hualei －1212@qq．com文章编号：1001－4179（2020）01－0088－06基于零维模型的湖泊底泥释磷强度研究———以杭州西湖为例滑磊，尤爱菊，郑建根，韩曾萃（浙江省水利河口研究院，浙江杭州310020）摘要：湖泊底泥释磷时空差异性较大，通过实验手段往往较难获得准确的湖泊底泥释磷强度。
以杭州西湖为例，以实测资料为基础，通过构建零维模型对2011年西湖外湖TP 全年的变化过程进行反演，得到了外湖各月份的底泥释磷强度，并构建了多维水动力水质数学模型对该释磷强度结果进行了校验。
结果表明，采用反演得到的底泥释磷强度结果作为三维数学模型的参数值，模拟得到的2011年外湖TP 浓度与实测值吻合较好，说明该底泥释磷结果可信。
该方法可为国内其他湖泊底泥释磷强度的研究提供借鉴。
关键词：底泥释磷；零维模型；总磷；西湖中图法分类号：X171文献标志码：ADOI ：10．16232/j．cnki．1001－4179．2020．01．0140引言底泥释磷被认为是造成湖泊富营养化的主要因素之一。
关于湖泊底泥释磷强度的研究在太湖［1］、滇池［2］、东湖［3］、西湖［4］等各类湖泊水质研究中均有涉及。
底泥释磷强度的确定多采用实验室或原位观测实验获得。
然而，同一水体中不同的实验方法、时间、点位获得的底泥释磷强度各不相同。
通过实验数据计算得到的湖泊底泥释磷通量的结果亦较难让人信服。
自2003年实施大规模引水以来，西湖水质呈逐年好转的趋势。
以西湖富营养化主要水质控制指标TP 为例，除个别月份因降雨造成的TP 浓度升高外，小南湖和西里湖全年TP 浓度基本保持在0．05mg /L 以下（各湖区相对位置见图1）；而外湖的水质仍然呈现出很强的季节性，现状引水情况下2013年3 6月外湖、长桥湾、少年宫3个常规监测点TP 浓度都在0．04mg /L 左右，然而7 8月随着气温的升高，3个监测点TP 浓度迅速升高达到了0．08mg /L 以上，9月以后TP 浓度逐渐下降（见图2）。
二维水动力—水质耦合模型对东昌湖生态补水的研究与应用的开题报告
二维水动力—水质耦合模型对东昌湖生态补水的研究与应用的开题报告一、背景和意义水资源是维持人类社会生存发展的重要物质基础，水环境保护与水资源可持续利用是一个国家的生存和发展的关键问题。
但是，随着经济社会的发展和人口的增加，水资源和水环境问题日益突出，其中最为紧迫的是水环境污染问题。
为了维护和改善水环境，需要加强水资源的管理和保护，同时采取措施治理水环境污染。
其中一个重要的方法是通过生态修复实现水质提升与环境保护。
东昌湖是位于江苏省南部的一个典型的淡水湖泊，是江苏省重点保护区之一，也是淮河流域的重要水资源。
近年来，由于城市化进程加快，工农业污染加剧，东昌湖的水质状况不断恶化。
为了改善东昌湖的生态环境，需要进行综合治理和生态修复。
其中，生态补水是一种在湖泊生态系统中引入一定比例的干支流水来补偿水文水资源和水生态系统因为上游滥排及地表水资源减少所引起的需要。
综合考虑东昌湖过去的水质状况、地形地貌、上下游污染源、水文水位、生态环境等因素，设计合理的生态补水计划十分重要。
因此，建立一套能够准确反映水生态环境和水质变化的二维水动力——水质耦合模型，对于东昌湖生态补水计划的制定和实施具有重要的意义。
二、研究内容1.收集整理东昌湖相关的水文、气象、水质、植被、土壤等资料，建立东昌湖生态补水资料库；2.建立基于二维水动力——水质耦合模型的东昌湖水生态环境与水质模拟；3.根据模拟结果，制定并优化东昌湖生态补水计划；4.基于实测数据对模型的准确度进行验证和改进；5.开展东昌湖生态补水的现场实施和效果评估。
三、研究方法和思路1.收集整理数据资料，包括水文、气象、水质、植被、土壤等方面的数据；2.基于ArcGIS和MATLAB等软件，制定东昌湖二维水动力——水质模型，建立湖泊水质模型的模拟计算流程；3.对模型参数进行敏感度分析，评估模型的准确性，校正或修正模型；4.设计生态补水方案，进行模拟计算和分析，制定生态补水计划，计算生态补水效果；5.结合实测数据进行模型验证及优化；6.开展东昌湖生态补水的现场实施和效果评估。
基于平面二维水质模型的潮汐河流污染源反演
第26卷第6期2010年11月水资源保护WATER RESOURCE S PROTEC TION Vol.26No.6Nov.2010DOI :10.3969/j.issn.1004 6933.2010.06.002作者简介:常文婷(1983 ),女,安徽涡阳人,助理工程师,硕士,主要从事污染物质在天然水体中的迁移转化规律、环境系统规划等研究。
E mail:hhc wt@基于平面二维水质模型的潮汐河流污染源反演常文婷1,王 冠2,韩龙喜3(1.杭州市环境保护科学研究院,浙江杭州 310014; 2.浙江省水利河口研究院,浙江杭州 310020; 3.河海大学环境学院,江苏南京 210098)摘要:根据潮汐河流的水动力及污染物输运特点,采用二维非稳态水动力、水质模型构造污染源控制反问题,在确保控制点水质达标的前提下,通过对污染源进行反演控制,实现总负荷量最大与污染负荷最优分配的目标。
以长江小河口 十二圩段为例,对反演方法进行验证。
结果表明,反问题计算结果是可信的。
关键词:潮汐河流;二维水质模型;污染源控制;反问题中图分类号:X26 文献标识码:A 文章编号:1004 6933(2010)06 0005 04Inverse study on pollu tion source in tidal river on the basis of 2D water quality modelCHANG Wen ting 1,WA NG Guan 2,HAN Long xi 3(1.Hangzhou Academy o f Environmental Science,Hangzhou 310014,China ;2.Zhejiang Institute o f Hydraulics and Estuary ,Hangzhou 310020,China ;3.College o f Environment,Hohai University ,Nanjing 210098,China)Abstract:Considering characteristics of water dynamics and pollutants traveling in a tidal river,an inverse problem of wa ter pollution source c ontrol was established on the basis of two dimensional unsteady hydrodynamics and a water quality model.On the condition that the water quality meets the standards at the control points,the maximization of total discharged pollutant loads and the optimal distribution of pollutant loads can be realized simultaneously by inverse control of water pollution sources.The reach of the Yangtze River from Xiaohekou to Shierwei was taken as an example to validate the method.Key words:tidal river;2D water quality model;pollution source control;inverse proble m 随着我国经济的持续发展,水体受污染程度日趋严重。
平面二维水流-水质有限体积法及黎曼近似解模型
平面二维水流-水质有限体积法及黎曼近似解模型赵棣华;戚晨;庾维德;徐葆华;裴中平【期刊名称】《水科学进展》【年(卷),期】2000(11)4【摘要】根据研究工程、工业废水及生活污水的水环境影响的需要 ,提出一个平面二维水流 -水质有限体积法及黎曼近似解模型。
在无结构网格上对偏微分方程进行有限体积的积分离散 ,把二维问题转化为一系列局部的一维问题进行求解 ,模型具备有限单元法及有限差分法两者的优点。
由于模型采用黎曼近似解计算水量、动量及污染物输运等通量 ,不仅提高了数值模拟的精度 ,而且能模拟包括恒定、非恒定或急流、缓流等水流 -水质状态。
应用若干理想条件下的精确解对模型精度进行了检验 ,并结合汉江中下游的水质问题验证了模型的实际应用能力。
模型计算结果与精确解拟合极好 ,与汉江中下游实测的污染分布带也相当吻合 ,为中线南水北调对汉江中下游水质的影响评价提供了依据。
【总页数】7页(P368-374)【关键词】水流-水质模型;有限体积法;黎曼解;浅水方程;对流扩散方程;无结构网格【作者】赵棣华;戚晨;庾维德;徐葆华;裴中平【作者单位】水利部南京水文水资源研究所;长江水资源保护局【正文语种】中文【中图分类】X143;X824【相关文献】1.基于Roe格式黎曼近似解的二维FVM模型 [J], 汪梅华;张铭;柳杨;乌景秀2.浅水流动有限体积法/Osher格式的二维水流-水质模拟 [J], 蒋艳;杨珏;赵棣华;何海3.基于有限体积法的平面二维水流数学模型的改进 [J], 李绍武;张弛;杨学斌;李文善4.基于有限体积法的二维水流数学模型在桥梁防洪评价中的应用 [J], 蒋友祥; 刘洋; 文岑5.基于黎曼近似解的溃堤洪水一维-二维耦合数学模型 [J], 姜晓明;李丹勋;王兴奎因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
河流污染二维水质模型研究及RMA4模型概述_马莉
河流污染二维水质模型研究及RMA4模型概述马 莉1,2,桂和荣1,3,曹彭强4(1.安徽理工大学地球与环境学院,安徽淮南 232007;2.淮南职业技术学院采矿工程系,安徽淮南 232007;3.宿州学院,安徽宿州 234000;4.河海大学水文水资源学院,江苏南京 210098)摘 要:介绍二维水质模型常用的模拟手段、建模求解步骤的要点难点,并在此基础上对RM A 4水质模型的特点进行详细归纳和分析,最后探讨河流水质模型的未来发展趋势,从而为建立二维河流水质模型进行水质模拟提供一定的思路和依据.关键词:河流;二维;水质模型;RMA 4中图分类号:X 522;O 242.1 文献标志码:A 文章编号:1000-2162(2011)01-0102-07Study on i ntegration of 2D waterquality m odels and revi ew of RM A4modelMA L i 1,2,GU I H e rong 1,3,CAO Peng q iang 4(1.D epart ment o f Earth and Env iron m ent ,A nhui U nivers it y of Science and T echno l ogy ,H uai nan 232007,Ch i na ;2.D epart ment o fM i ning Engeer i ng ,H uainan V o ca ti ona l T echn ical Co llege ,Hua i nan 232007,China ;3.Suz hou Co lleg e ,Suzhou 234000,Ch i na ;4.D epa rt m ent ofH ydrolody and W ater R esources ,H oha iU niversity ,N anji ng 210098,Ch i na)Abst ract :The co mm on m ethod o f 2D w ater quality m odels and the po ints for so l v ing t h e w ater qua lity m ode ls were introduced i n t h is paper .Then a w ater qua lity m odels RMA4w as i n tr oduced and its character i s tics w ere analyzed .Fina ll y the developi n g trends o f si m ulati o n o f river w ater qua lity w as d iscussed .Th is is beneficia l to bu ild i n g and using m athe m atic mode ls to si m u late the river w ater qu lity .K ey w ords :river ;2D;w ater qua lity m ode;l RMA41 河流污染二维水质模型研究概况水质模型是污染物在水环境中的变化规律及其影响因素之间相互关系的数学描述,它既是水环境科学研究的内容之一,又是水环境研究的重要工具.它涉及水环境科学的许多基本理论问题和水污染控制的许多实际问题.最早研究的水质模型为一维水质模型,其主要应用于河道很长,而水面宽度和深度收稿日期:2010-06-08基金项目:安徽省学术与技术带头人基金资助项目作者简介:马 莉(1983 ),女,辽宁沈阳人,淮南职业技术学院讲师,安徽理工大学在读博士.引文格式:马莉,桂和荣,曹彭强.河流污染二维水质模型研究及RM A 4模型概述[J].安徽大学学报:自然科学版,2011,35(1):102-108.2011年1月第35卷第1期安徽大学学报(自然科学版)Journa l o f Anhu iU n i versity (N a t ural Science Ed iti on)January 2011V o.l 35N o .1相对较小的狭长河段.二维模型适用于某一坐标方向混合比较均匀,如竖向混合(一般相对浅而宽的河流)或横向混合(如在分层的河口),而在其他两个坐标方向的浓度梯度较大的情况[1].二维水质模型可以广泛应用于大型河流河口,是研究河流污染较常采用的方式.1.1 二维水质模型的研究手段国内对二维水质模拟通常采用两种方式:一是针对特定水域自主开发模型;二是采取国外的水质模型软件.针对特定水域自主开发模型,近几年来,刘启峻[2]以守恒形式的二维水动力方程组为基础,开发了Tabata 的迎风有限元模型.马生伟等[3]建立了浅水湖泊风生流和TP 的二维迎风有限元数值模型.华祖林等[4-5]建立了水质模型并计算了长江南通段的潮流和浓度场.张萍峰等[6]建立了二维风生流模型等.国外发明的二维水质模拟软件主要有:M I K E21、CE -QUAL -W 2、WASP 、S M S -SED2D 、S M S -R MA4模型等.(1)M I KE21模型:由丹麦水动力研究所研发,用于二维水动力学、水质、富营养化、石油泄漏等计算,适用于河流、湖库、河口及海湾等.(2)CE -QUAL-W 2模型:由美国陆军工程兵团研发,是二维横向平均水动力学和水质模型,广泛适用于湖泊、水库和具有湖泊特性的河流.(3)WASP 模型:由美国国家环保局开发,它可以模拟几个底泥层和2个水体层,模拟范围较广,其水质模型为二维,水动力学模型为一维.(4)SM S-SED2D 、SM S-RMA4模型:SED2D 、RMA4是大型商业软件地表水模拟系统S M S (the SurfaceW ater M odeli n g Syste m )的重要组成模块,两者均为运输传送模型,SED2D 倾向泥沙传送,R MA4应用于污染物扩散输移.综合分析以上几个模型的特点,从模型模拟对象来看,CE -QUAL -W 2模型由于起初是针对水库研发的,较多用于模拟多藻体水体,因此主要用于水库、湖泊的模拟,其余模型的模拟对象广泛.从模型求解来看,S M S 模型由于采取有限元算法,网格划分灵活,可以很好地生成矩形网格和三角形网格,易于处理不规则区域边界,计算精度较高,但计算量大,计算速度较慢.M I K E21和WASP 模型由于采取差分求解法生成矩形网格来拟合实际边界,相比之下计算精度不高,但速度较快.从模型运行来看,SM S 和M I KE21模型是大型商业软件,用户界面友好,输入输出灵活,能够提供较好的技术支持.特别是S M S 软件,可以提供原程序,为二次开发提供可能.基于以上国外模拟软件,国内学者做了大量的研究,王崇浩等[7]利用M I K E2l 模型建立了渤海水域大模型和黄河口水域小模型,对黄河口潮流和泥沙输移进行了数值模拟.胡治飞等[8]应用CE -QUAL-W 2建立了北京市官厅水库水质预报系统.庄丽榕等[9]应用CE -QUAL-W 2模型模拟了福建山仔水库.孙学成等[10]进行了WASP 系统在三峡库区水质的仿真应用.廖振良等[11]通过WASP 模型软件开发了苏州河水质模型.尹海龙[12]应用S M S 模型对黄浦江水质进行改善措施分析.不管采取何种方式建模,二维水质模型的建立通常要从以下几个步骤建立.1.2 二维水质模型的建立步骤1.2.1 区域信息资料的采集了解研究区域流域状况,收集研究区域相关地形、水文、水质、降雨等详细资料,完备的水质水流报告是建立水质模型的基础.监测数据要具有代表性、实时性和动态性等特点.1.2.2 计算区域网格的生成计算网格通常采用两种形式,即有限差分计算网格与有限元计算网格,分别基于数值计算的有限差分与有限元原理.有限差分计算网格包括:等步长矩形网格、变步长矩形网格、贴体边界曲线网格.矩形网格一般应用于规则的计算边界,难以精确而光滑地拟合实际边界.贴体边界曲线网格、有限元计算网格都可以用来较好地模拟复杂不规则的边界,减少边界误差,但由于受到正交性和局部曲率的限制,贴体边界曲线网格不能完全任意地贴合河岸和海岸边界,而有限元网格则基本上可以任意地贴合河岸和海岸边界,故应根据实际地形特征选择适宜的网格生成方法.103第1期马 莉,等:河流污染二维水质模型研究及RM A4模型概述1.2.3 二维水动力学模型的建立水动力学模型是描述不同水体水文特征和流场时空分布规律的数学模型.研究不同类型水体中流场的时空分布规律是研究污染物分布的基础,掌握水体中流场特性才有可能研究污染物的分布特性.因此,水动力学模型是水质模型的流场基础.二维水动力学模拟涉及边界处理和水动力学参数设置.实际流动问题都有边界存在,属于混合初边值问题.主要有:外部流动(绕流)和内部流动(流体被限制在陆地之间),或其混合.常需截取一部分水体形成有界计算域,因而边界可分两类:一是陆边界(闭边界),是实际存在的;二是水边界(开边界),是人为规定的.边界条件的主要形式有3种:给定水位过程;给定流量过程;给定水位流量关系.选择时首先要考虑问题的物理要求.参数估计往往是一个有尝试又有主观判断的模拟计算和迭代过程.通常根据已有的河流水流水质信息以及污染物在河流中变化规律的知识,先选择一初始参数,然后将模型的输出与观测值加以比较[13],水动力学参数主要涉及床面阻力系数、动边界计算参数和紊动黏性系数等.1.2.4 二维水质模型的建立水质模型是描述水体中污染物随时间和空间迁移、扩散和转化的数学方程.它是水环境中污染物排放与水体水质之间定量关系的描述,是实际水环境中污染物物理、化学、生物化学等行为的数学概化和抽象,是由此而形成的污染物时空分布规律的描述.水质模型中也有许多重要的参数,这些参数正确与否,直接关系到水质模型在实际应用中能否正确反映实际情况.实际上,水质模拟过程,也就是对系统模型进行识别,对模型参数进行估计,再用观测值进行检验、调整的反复试验过程.水质参数主要涉及离散系数、大气复氧指数等.1.2.5 模型的验证与应用通过以上4点可以确定由选择参数所确定的河道污染物相关指数的预测数据,将此数据和实测数据进行比较分析,看是否在一个合理的误差区间、精确度是否满足.根据所监测目标河段的全面数据,将模型应用于模型所使用的范围.鉴于以上对二维水质模型的描述,故以下对目前常用的二维水质模型R MA4作一简要的介绍和分析.2 二维水质模型RMA4R MA4模型是被美国陆军工程兵团使用的TABS模型系统的一部分,在S M S中执行.SM S即地表水模型系统,由美国B ri g ha m Young大学图形工程计算机图形实验室开发[14].R MA4模型作为一个平面二维有限元法的污染物输移的水质模型,主要应用于水库、河流、河口、海湾和滨海地区污染物质的输移扩散计算,以及排污口优化、石油泄漏评价等.应用RMA4模型进行天然河道的数值模拟计算,可以满足水质预测、计算精度等多方面的要求[15].该模型执行前必须有SM S中另一模块TABS-R MA2模块提供水动力学支持.2.1 R MA4模型控制方程(hc) t+x(huc)+y(hvc)=x(hD xcx)+y(hD ycy)+S i+S0,其中:c为污染物断面平均浓度;h为计算节点的水深;u、v为x、y方向的深度平均流速;D x、D y为x、y方向的扩散系数;S i为方程式中的污染物组分反应项,诸如生物化学中的生长与降解变化,假定反应遵守一级动力学反应式,则S i=-kch,k为生物化学反应率常数;S0为源和汇项.2.2 R MA4建模过程R MA4建模过程如图1所示.104安徽大学学报(自然科学版)第35卷图1 RMA4建模过程F ig.1 R M A4m ode ling process2.3 R MA4的功能与局限性(1)可以从GFGEN中读取一维或二维的网格文件,并进行网格编辑.同时从RMA2模块中读取河段的水力学信息,并描绘流速场.(2)对于河漫滩等特殊地形,在前期R MA2模块中可以设置干湿分离;对于特殊天气,还可以进行降雨量和蒸发量的设置.(3)可以对R MA4之前运行的程序进行热启动.(4)R MA4可以同时计算包括保守物质和非保守物质在内的6种污染物质.(5)R MA4模型仅局限于污染物在垂向方向混合均匀的水流情况,对于复杂的三维流动,尤其对于分层流动,当流体的浓度对密度产生较大影响时,则需采用TABS-MDS、W ES R MA10加以描述.2.4 R MA4模型的应用举例2.4.1 前期地形数据的采集SMS的Scatter模块可以识别的有*.xyz,*.ti n以及数字高程的*.de m文件;M ap模块可以识别包括GTS、C AD或T I FF格式的图片数据.以输入C AD格式的图片文件为例,在M ap模块下,将其转化为.dx f文件,导入SMS界面,通过勾勒研究区域边界,可以导入平面坐标数据.对于高程数据,含有河底高程数据的.dx f格式文件在M ap模式下散点化,即可导入研究区域的河底高程.图2为含有高程信息的某一河段[14]的散点图.继而可以得到该研究河段的河底地形填充图,如图3所示.图2 含有高程信息的散点图F ig.2 T he data po i n ts inc l ud i ngelevation图3 河底地形填充图Fig.3 E levati on con tours of r i ver botto m105第1期马 莉,等:河流污染二维水质模型研究及RM A4模型概述2.4.2 有限元网格的生成采用的基于GIS 原理的S M S 中的地图模块(M ap M odule)、有限元网格生成模块(M esh M odu le)中的有限元网格生成模块是一种自动化的计算网格生成工具[14].考虑到该河段计算域边界较规则,三角形网格刚度较大,容易造成应力集中,而四边形网格稳定性较好,故以四边形网格为主划分计算区域,图4为该河段利用S M S 的网格生成工具自动生成的有限元网格.该区域共生成网格单元640个,其中八节点四边形单元数600个,六节点三角形单元数40个,总节点数为2021个.2.4.3 由S M S-RMA2模块建立水动力学模型首先需确定水动力边界条件.水动力边界条件分上下游边界和侧边界.上下游边界一般为动边界,对R MA2模块而言,一般为流量过程线和水位过程线.侧边界是研究河段的大小支流,研究之前必须明确,根据其对研究河段的影响程度决定取舍.图4中目标河段无边界支流,仅有一单个边界排污口.以恒定流为例,假设上边界流量为1416m 3 s -1,下边界水位为35m,排污口排污流量为5.7m 3 s -1.参数设置河底糙率为0.035,紊动黏性系数为20,图5为基于有限元网格生成的流速场.图4 有限元网格F ig .4 T he f i n ite ele m ent m esh 图5 基于有限元网格生成流速场 Fig .5 The flo w i n g field based on f i n ite ele m en t m esh2.4.4 RMA 4模型的建立及应用对于瞬时单个排污口排污,用户可以自定义排污口的位置,对于固定排污,确定恒态值,对于随机性排污则给定排污量曲线,同时确定各个模型参数.对于多个排污口,则需要对浓度场叠加.如河段为单个排污口排污,假设排放5h ,污染物排放浓度为1000ppm,污染物扩散系数为10m 2 s -1,图6、7展示的是单个排污口恒态排污下,排污1、5h 的浓度场.图6 排污1h 的浓度场F ig .6 The concen tration fie l d related to one hou r spoll u tan ts si nk s 图7 排污5h 的浓度场 Fig .7 The concen tration f i e l d re l ated to f i ve hour s po ll u tan ts sink s由以上R MA4模型的特点可以看出:(1)利用G I S 原理的SMS 中的地图模块(M ap M odule)将二维水域进行空间离散化,形成基于有限元的自动化计算网格,使得数据的精度和信度大为提高.(2)R MA2模块提供的水动力学条件是R MA4模块执行的前提.106安徽大学学报(自然科学版)第35卷(3)应用RMA4强大的后处理功能,可以直观地显示和输出污染物在空间和时间上的分布变化,可以为水质监测和管理部门提供一定的技术支持.3 水质模型的研究进展3.1 水质模型的完善与开发自1925年,美国的两位工程师斯特里特和费尔普斯在对Ohio 河流污染源及其对生活用水造成的影响的研究中,提出了氧平衡模型的最初形式S-P 模型以来,国外研究学家相继开发了生物化学需氧量和溶解氧(B OD -DO )的双线性系统模型、暴露分析模拟系统模型和具有水质分析模拟程序的食物链模型、多介质环境综合生态模型等.近年来,很多科研组织开发了不少综合水质模型,如上文所述,M I KE 、CE -QUAL-W 2、WASP 、RMA4等,但在模型的通用性、全面性、开发性、灵活扩展的程序接口方面还有很大的发展空间.因此,通过应用新技术,在对污染物扩散输移机理不断深入认识的同时,不断改进和完善已有的模型.同时,根据国内需要开发和引进新的水质模型是目前的一个发展方向.3.2 模拟对象的拓展模拟对象逐步由环境水质向环境生态过渡,综合生态模型系统成为趋势.近年来,国内研究学者林卫青等[16]建立了长江口水质和生态动力学模型,贾海峰等[17]建立了北京水系多藻类水质生态模型.目前,河流水质模拟主要是自然条件下水质指标的动态变化,比如溶解氧(DO )、5日生化需氧量(BOD 5)、营养物等水质指标,但对水体生态系统并未考虑.随着水生生态系统为对象的提出,虽然有些以水生生态系统为对象的模型被开发,此类模型对水生生态系统内部动力学关系描述详细,但是对模拟对象的水动力学条件和水质动态较为简化[17].因此,综合考虑水动力学条件下的水体生态系统将成为未来水质模拟发展方向.河流水质模拟将以生态动力学为主流,各学科相互交错与渗透,生态学与分子生物学相结合,水环境与生态的保护和管理值得关注.3.3 模拟方法的增强随着计算机技术的增强,水质模拟从最初的解析解和浓度表达发展到现在的以人工神经网络模拟辅助解析及与地理信息系统(Geograph ic Infor m ati o n Syste m,简称为GIS)相结合的数值解和逸度表达.人工神经网络(ANN s)除了可以直接应用于对水质进行模拟预测外,还可以被嵌入到水质模型模拟中,如通过人工神经网络定水质模型中的各参数,使其对水质的分析和模拟过程更趋于合理化,同时增强处理非线性问题的能力,提高预报精度等,在水质模型方面的应用研究必将随着人工智能模拟的进步而深入.地理信息系统是一种在计算机软件、硬件支持下,把各种地理信息和环境参数按空间分布或地理坐标,以一定的格式输入、存储、检索、显示和综合分析应用的技术系统.它以空间实体作为描述、反应空间对象的单位,采用空间分析和建模的方法,适时提供多种空间决策支持信息.地理系统在空间信息的查询和分析、地物叠加、地理信息实体化、空间参数的获取与传递、结果的直观表达等多方面具有优势,且已发展出组件开发的灵活集成模式[18].国内学者庄巍等[19]对长江预警预报系统进行了研发,根据长江水体二维水质模拟的不同需求,针对连续排放点源模型、瞬时排放点源模型、非稳态数值解模型这3种水质模型,提出了在G I S 平台下的集成方法,将水质模拟与地理信息系统集成,更好地满足计算精度、计算效率等方面的需要,提高了水质模拟应用的灵活性.G I S 技术的完善,将水质模拟引入一空间层次.4 结 语由以上分析可以看出,随着水质模拟方法的增强以及各种成熟的水质模拟软件的应用,水质模拟已得到快速发展,取得一系列的成果,而且应用前景广阔.但是目前由于一些实验条件的制约(研究前期资料收集的困难等),河流水质模拟还存在一定的困难.但随着科学技术的深入,尤其是水环境的信息化、智能化和实用化在水环境中的应用和发展,其必将为资源和环境的规划和管理提供更有力的支持.此外,水环境信息的不断公众化和网络化,也将为研究提供更广泛的资源渠道.107第1期马 莉,等:河流污染二维水质模型研究及RM A4模型概述108安徽大学学报(自然科学版)第35卷参考文献:[1] 王玲杰,孙世群,田丰.河流水质模拟问题的探讨[J].合肥工业大学学报:自然科学版,2005,28(3):260-265.[2] 刘启峻.太湖梅梁湾风生流的数值模拟[D].中国科学研究院地理与湖泊研究所,1993.[3] 马生伟,蔡启铭.浅水湖泊TP分布的迎风有限元数值模型研究[J].环境科学研究,1999,12(5):57-59.[4] 华祖林.弯曲河段水流水质二维数值模拟[J].水资源保护,1999(3):12-15.[5] 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城市浅水型湖泊底泥污染物释放过程模拟试验研究
环 境 因 子 措 施
Ｒｅｅ ｓ ｆｏ ｇ ｎｉ ｏｌｕ ａ ｔ ｎｄ ｎｕ ｒｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｉ ｎｔ ｆａ ｒ ｎ ｓ ａｌ ｗ ａ ｅ Ｓｈａｎ Ｗ ｅ ｃ ｌａ ｅｏ ｒ ａ ｃ ｐ ｌ ｔ ｎ ｓａ ｔ ｉｎｔ ｆ ｏ ｓ ｄ ｍｅ ｓ ｏ ｎ ｕ ｂａ ｈ ｌ ｌ ｋ ｏ ｇ ｉｈｕｎ ，ＰａｎＰｅ ｎｇ ， ｉ
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污染底泥及其间隙水分层特性的模拟实验研究
污染底泥及其间隙水分层特性的模拟实验研究一、引言底泥是水体底部的沉积物，其中包含有机质、无机物和微生物等成分。
底泥中的污染物通常包括重金属、有机物和其他化学物质，这些污染物会对水体生态系统带来严重影响。
底泥中的污染物会随着水流、温度、氧化还原条件等因素的变化而释放到水体中，从而影响水质。
因此，对底泥及其间隙水分层特性的研究具有重要意义。
二、相关研究综述之前的研究表明，底泥中的有机质和污染物质会与水分层发生交换作用，影响水质。
有机质和粒径较小的颗粒会对污染物的固相分布产生影响。
通过模拟实验，可以更加直观地观察底泥及其间隙水中的分层特性，为深入了解底泥对水质的影响提供重要数据支持。
三、研究目的本研究旨在通过模拟实验的方法，研究底泥及其间隙水中污染物的分层特性，探讨不同因素对分层特性的影响，为进一步了解底泥对水质的影响提供参考。
四、实验设计和方法1.实验样品的采集和制备：收集不同水体中的底泥样品，并进行筛分和干燥处理。
2.实验装置搭建：搭建模拟底泥及其间隙水的实验装置，控制温度、氧化还原条件等参数。
3.实验参数的设置：设置不同实验条件下的温度、溶解氧浓度、底泥颗粒大小等参数。
4.实验过程：将不同样品放置于实验装置中，模拟水流动态条件，观察底泥及其间隙水中污染物的变化和分层特性。
5.数据分析：对实验结果进行分析，探讨不同因素对底泥及其间隙水中污染物分层的影响。
五、实验结果1.不同水体中底泥及其间隙水中污染物的分布特征；2.不同实验条件下底泥及其间隙水中污染物的分层特性；3.不同温度、溶解氧浓度、底泥颗粒大小等因素对底泥及其间隙水中污染物分层的影响。
六、讨论1.因素对底泥及其间隙水中污染物分层的影响机制；2.底泥对水质的影响路径和可能的生态风险；3.实验结果的意义和应用前景。
七、结论本研究通过模拟实验，研究了底泥及其间隙水中污染物的分层特性。
结果表明，不同实验条件下，底泥及其间隙水中污染物的分层特性存在差异。
库区平面二维水沙数学模型的研究与应用
平 面二 维水 沙数 学模 型 的开发 和应 用 已引起 人们 的广 泛关 注 ，并 在 自然规 律研究 及 工程 影响 预测 方面
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中 图 分 类 号 ：Ｔ ４ Ｖ１５ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ —８０ ２ １ ）７ ０ ３ — ５ ０ ００ ６ （ ０ １ ０ —０ ５ ０
Ｓｔ ｕｄｙ ａ ｎｄ ｐ ｉａｔｏ ｆ２－ ｆｏ ｓ ｄ ｍ ｅ ａ ｐｌｃ ｉ ｎ ｏ Ｄ ｗ・ｅ ｉ ｎｔｍａｔ ｍ ａ ｉ ａ ｏ ｌｆ ｅ ｅ ｖ ｉ ｒ ａ ｌ ｈｅ ｔｃ ｌｍ ｄｅ ｏｒ ｒ ｓ ｒ ｏ ｒ ａ ｅ
分 为 两支 ，一支 沿 伊 逊 河 向 西北 至 掌 字 水 文 站 ，另
一
单 元 网格 为控 制 体 ，在 网格 中 心处 计算 水 位 Ｈ，在 网格 周 边通 道 的 中点 处计 算 流 量 Ｑ。即 在 平 衡 计 算
时 ，沿控制 体每 一边 的法 向通量 用该 边 中点处 的 通 量 作 代 表 ，乘 以 边 长 即 为 通 量 沿 该 边 的 积 分 。
ＭＡ Ｆ ｉ，Ｈ Ｎ Ｑｗ ｉ ，Ｌ ａ ｉｇ ，Ｇ Ａ ｉｎ ｅ。 ｅ Ａ ｉｅ Ｉ ｍｎ Ｕ ＮＪ ｗ ｉ Ｄ ａ
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浅水湖泊含泥沙影响的水质模型研究
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相互 作用 ， 也就 是底 泥 影 响 只能 体 现 在 水体 底 边 界 条 件上 ， 因此 在三 维水流 、 沙和 污染 物耦 合方程 中出现 泥 底泥 影响项 与方 程本 身 的物理 机制不 相符 。 为解决 这 个 问 题 ， 以水 体 中 的 污染 物 浓 度 （ 括 包
吴 宏 旭 ， 文 谨 朱
（． １ 河海 大 学 港 口海 岸 与近 海 工程 学 院 ， 苏 南 京 ２ ０ ９ ； ２ 淮 海 工 学 院 土 木 学 院 ， 苏 连 云 港 ２ ２ ０ ） 江 １０ ８ ． 江 ２０ ５
摘 要 ： 水体 中 的 污 染 物 浓度 （ 以 包括 液 相 和 固相 ） 对 象 ， 据 对 流 扩 散 过 程 和 紊 动 力 学 原 理 ， 理 论 上 导 出 为 根 从 了三 维 水 流 、 沙和 污 染物 耦 合 作 用 的 方 程 ； 泥 方程 的底 边界 条件 采 用 泥 沙 动 力 学 理 论 进 行 分 析 和 处 理 ， 同时 给 出 了含 有 泥 沙 通 量 形 式 的 二 维 水 质 方 程 。 以 江 苏省 苏 州 市 澄 湖 为例 ， 澄 湖 有 底 泥 、 对 无底 泥 时水 质 进 行 了计
第４ １卷 第 ９期 ２ ０ １０ 年 ５ 月 文 章 编 号 ：０ １—４１９（ ０１ Ｏ １０ ７ ２ ０） ９—０ ７ ０ ７—０ ５
人 民 长 江
Ｙａ ｔｅ Ｒｉ ｅ ｎｇ ｚ ｖｒ
Ｖｏ ． １ ４１． Ｎｏ． ９ Ｍａ ｙ， ２ ０ ０１
浅 水湖 泊含 泥沙 影 响 的 水 质模 型 研 究
ห้องสมุดไป่ตู้
城市浅水型湖泊底泥污染物释放过程模拟试验研究
第一作者:商卫纯,男,1971年生,本科,工程师,主要从事水环境保护方面的科研和评价工作。
城市浅水型湖泊底泥污染物释放过程模拟试验研究商卫纯1潘培丰2蒋海滨1林峰1(1.宁波市环境保护科学研究设计院,浙江宁波315010;2.宁波市环境保护局环境工程技术评估中心,浙江宁波315010) 摘要通过对城市浅水型湖泊(以宁波东钱湖为例)疏浚后上层底泥污染物释放过程模拟试验研究,分析了环境因子对底泥污染物释放特性的影响及其原因,得出了上覆水营养盐水平、水温和扰动对底泥污染物释放的影响曲线。
同时,说明了湖泊内源性有机污染源对湖泊水质存在着潜在的危险性,提出了疏浚施工期间的规避措施,为城市浅水型湖泊底泥疏浚和富营养化治理提供依据。
关键词城市浅水型湖泊底泥污染物释放环境因子措施R elease of organic pollutants and nutrients from sediments of an urb an shallow lake S hang Weichun 1,Pan Pei f eng 2,J iang H aibi n 1,L in Feng 1.(1.Envi ronmental Protection S cience Research &Desi gn I nstitute ,N ingbo Zhej iang315010;2.A ssessment Center of Envi ronmental Engineering of N B E PB ,N ingbo Zhej iang 315010)Abstract : Series of experiments were conducted to study the organic pollutants (TOC )and nutrients (TP and N H 32N )released from the upper sediment after dredging in Dongqian Lake ,an urban shallow lake in Ningbo.Effects of dilution (salt level ),disturbance (movement )and temperature of the cover water on its TOC ,TP ,and N H 32N concentration profiles were determined in the lab test runs simulating the field conditions.The experimental results have demonstrated that the lake sediment may release enough organic pollutants and nutrients to adversely affect the lake water quality.Preventative measures are proposed for sediment dredging and eutrophication control of urban shallow lakes.K eyw ords : Urban shallow lakeSedimentContamination releaseAmbient factor Measure 城市浅水型湖泊水浅,流动性差,又同时接纳工业、生活等点源污染、农业等地表面源污染和大气降水,因此绝大多数湖泊遭受不同程度的污染,水体富营养化和底泥污染普遍较严重,水生生物多样性减少,湖水透明度下降。
河道平面二维水沙数学模型的有限元方法
河道平面二维水沙数学模型的有限元方法摘要采用有限元方法建立起一套河道平面二维水流泥沙数学模型。
在前人研究的基础上，采用了质量集中的处理方法，提出了压缩存储的方法，从而大大减少了计算存储量。
针对有限元法时间步长需取得较短问题，采用了“预报-校正-迭代”的算法，提出了“非恒定-恒定-非恒定流”的算法，既能解决工程实际问题，又大大减少了计算量。
作者以下荆江监利河段为例进行泥沙冲淤计算，计算结果与实测值符合较好，从而证明了模型的可靠性。
关键词水流泥沙有限元模型验证三峡工程建成后，水库将拦蓄大量泥沙，下泄水流含沙量减小，对三峡工程坝下游河道将产生以冲刷为主的影响，包括对荆江河段的河势及荆江大堤带来影响。
为研究坝下游重点河段的河床冲淤分布、河势变化、近岸流速变化等问题，一维模型显得无能为力，但可采用平面二维模型来解决。
有限元方法可采用无结构化网格，能很好地模拟不规则的几何形状，因此很适合于对天然河道的模拟。
然而，正如其它方法一样，有限元法也有它的缺点，主要是计算存储量和运算量较大。
为扬长避短，使有限元方法能运用到对天然河道的模拟上来，本模型运用质量集中［4］的方法将系数矩阵转化为三对角矩阵，并提出了紧凑的分块压缩存储方法，从而大大减少了计算存储量，使得计算能在一般微机上进行。
采用质量集中方法的不足之处是时间步长需取得较短，且在河道模拟中尤为突出(因河道比较窄长，网格需划分很细，而该法的稳定性要求时间步长与网格尺度成正比)。
针对该问题，笔者采用了“预报-校正-迭代［5］”的算法，该法可加大时间步长，同时有效避免了数值震荡。
针对长系列水沙条件下计算量较大问题，作者又提出了“非恒定-恒定-非恒定流”的算法，该算法既能解决工程实际问题，又大大减少了计算量，使有限元方法能够很好地运用于河道水流泥沙问题的实际计算。
1 基本方程平面二维水流方程(1) (2) 悬移质泥沙扩散方程(4)推移质不平衡输移方程［6］河床变形方程由悬移质引起的河床变形方程为![endif] 由推移质引起的河床变形方程为以上各式中U，V分别为垂线平均流速在x,y方向上的分量；Zs、Zb和H分别为水位、河底高程和水深；g为重力加速度；vt为水流紊动粘性系数；ρ为水的密度；τx、τy、舄瓂分别为底部切应力在x和y方(τx、τy)=，向上的分量：C为谢才系数，常用曼宁公式计算：C=H1/6/n；S和S*分别为垂线平均含沙量和挟沙力；N和N*分别为推移质输沙量和推移质输沙能力折算成全水深的泥沙浓度；εs 为泥沙紊动扩散系数；ω为泥沙沉速；γ′为床沙干容重；α为悬移质泥沙恢复饱和系数，淤积时取，冲刷时取；β为推移质泥沙恢复饱和系数，取。
平原区平面二维地下水水质模型研究
平原区平面二维地下水水质模型研究
罗阳;郭斌;孙凯燕;张玉珍
【期刊名称】《海河水利》
【年(卷),期】2003(000)005
【摘要】作为中美合作项目"区域地下水水质评价与系统分析研究"成果,通过讨论平面二维地下水水质模型,研究了唐山平原区地下水中硝酸盐氮在平面二维问题中的运移过程及浓度变化趋势.经模型计算,得出在将来唐山平原区地下水硝态氮高质区的范围是逐渐扩大的,硝态氮浓度也逐渐升高,但浓度升高过程较为缓慢.
【总页数】4页(P35-37,51)
【作者】罗阳;郭斌;孙凯燕;张玉珍
【作者单位】水利部海河水利委员会,天津,300170;水利部海河水利委员会,天津,300170;水利部海河水利委员会,天津,300170;水利部海河水利委员会,天
津,300170
【正文语种】中文
【中图分类】X832
【相关文献】
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4.济南岩溶区地下水水质模型及其数值解法研究 [J], 杨天行;王运国;姚磊华
5.二维灰色水质模型在地下水污染模拟中的应用 [J], 朱长军;郝振纯;李树文;周继红;刘德东
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（1）
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平面二维水流 2 水质2 底泥模型的求解
［1 ， 2］ 考虑到浅水湖泊垂向流速变化较小，平面二维浅水湖泊水动力控制方程组可写为 ：
连续性方程 & 方向动量方程
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［"］ 为传质系数， 由于风浪、 # , $- ； $ 为泥 2 水界面表层的平均空隙度；- 为污染物在底泥中间隙水的扩散系数。 底栖生物的扰动、 人类活动的影响， 沉积在底泥中的污染物 会发生 再悬浮， 假 设污染 物 颗 粒 之 间 互 不 干 扰， 大 小、
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表示外力扰动产生的污染
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泥 2 水界面污染物质输移通量 由于水体中污染物质与底泥间隙水中污染物质的 浓 度差 较大，与泥 2 水界 面有关 的 污 染 物 质 输 移 主 要 受 扩
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摘要：从三维对流 ! 扩散方程出发，推导包含底泥污染的 水 质 控 制 方 程， 并 与 浅 水 流 动 方 程 耦 合， 建 立 相 应 的 浅 水 湖泊平面二维水流 ! 水质 ! 底泥污染的数学模型。运用伽辽金加权余量法推导出数 学 模 型 方 程 组 的 有 限 元 公 式， 开 发 了实时二维水动力、水质模型。利用模型计算玄武湖混合流、水质动态变化过程，结果与实测值较吻合，从而为浅 水湖泊混合流、包含底泥污染的水质模拟提供了一种可操作的新途径。 关 键 词：浅水湖泊；混合流；平面二维数学模型；水流 ! 水质 ! 底泥污染模型 文献标识码： + 文章编号： "%%"!,-&" （#%%,） %.!%.&,!%,
* 其中： 为污染物在膜内的扩散系数； "3 " 为膜的厚度；" !
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) !" 2 水界面近水一侧间隙水中污染物浓度，可近似认为与水体污染物浓度 " 相同，故 -. / * !+
- %# . , ；6 为湖面 %# / 处的风速；& 为风的方向与 7 方向的夹角，# 0 ,’#8 ； ’ 为地球自转的角速度，取 1 ) "2 %# . + 345 6 7； ( 为当地的纬度。记 )9 为有限元区域；1 9 为有限元的边界；: 、; 、 < 为 水深、流速和 浓度 的形函 数；5 & 、5 ( 为有限元边界 & 方向 ( 方向与法线方向夹角的余弦函数，根据伽辽金 （ 849:3;<=） 有 限元法 则描 述控制 方程组 （+） （&） 的有限元合成式可写为 0 连续性方程有限元合成式
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（2）
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收稿日期： #%%/!%*!"" ；修订日期： #%%/!%.!#% 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目 （/%#*&%*%） 作者简介：龚春生 （"&-. 0 ） ，男，新疆乌鲁木齐人，河海大学博士研究生，主要从事环境影响评价研究。
万方数据
1!2345： 67869:;8<:=86 > ",* $ 972
第 "- 卷 第 . 期 #%%, 年 - 月
水 科 学 进 展 +@)+AB1C DA E+(1F CBD1AB1
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浅水湖泊平面二维水流 ! 水质 ! 底泥污染模型研究
龚春生 " ，姚 琪 " ，赵棣华 # ，吴云海 " ，丰茂武 "
#"%%&’ ； # $ 南京水利科学研究院，江苏 南京 #"%%#&） （ " $ 河海大学环境科学与工程学院，江苏 南京
中图分类号： ()"*" $ #
由于水浅，任何外力作用均可扰动浅水湖泊，从而引起底泥对水体的污染，造成水质严重污染。国内外学 者在建立浅水湖泊水环境数学模型 时， 通 常 将 底 泥 作 为 常 数 在 源 项 考 虑， 没 能 将 底 泥 污 染 与 水 质 模 型 综 合 起 来。本文从三维对流 ! 扩散方程出发，推导建立包含底泥污染的水 流 ! 水 质模型，对 玄武 湖水流 0 水 质数值 模拟 结果表明，数值解与实测值吻合。