大型圩区水环境随机模拟模型及应用研究

论文题目: 大型圩区水环境随机模拟模型及应用研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 水利水电工程

作者: 詹红丽

导师: 张展羽

关键词: 圩区治理,水环境,地下水,溶质运移溶质迁移

文献来源: 河海大学

发表年度: 2005

论文摘要: 圩区堤防防渗加固技术能有效地阻隔汛期外河水位的堤基渗透,减少管涌、流土和散浸等堤防隐患。但由于某些堤段地下水水流通道被截断,形成了(准)封闭圩区,使圩内外地下水不能自由交换。若干年以后,可能会加重农田渍害和次生沼泽化影响;同时,由于土壤中肥料、农药、盐分的淋溶而在地下水中不断积聚,可能会引起地下水水质变化,给区域生态环境带来不利影响。 本文首先考虑到由于(准)封闭圩区地下水动态受多种因素(如大气降水、蒸发、地表水、人为因素等)的影响,地下水动态具有周期性、趋势性和随机性,故文中借助随机理论及时间序列理论,对上述动态因素建立相应的随机(时间序列)模型。接着,将圩区内河道等数值化,综合考虑各种边界条件,在上述模型的基础上建立通用的圩区水环境模拟及治理规划随机模型。针对圩区堤防防渗工程实际,推导出与堤防封闭率有关的第二类水头边界条件的具体计算表达式。其中详细阐释了对流项、弥散项(其中包括弥散机制和弥散系数的确定)、汇/源项、化学反应项;并分析相应的初始条件和特殊边界条件,以地下水动力学模型为基础,将边界条件、降水入渗、农田腾发和地表水等作为随机时间序列建立预测模型,从而提高模型预测的可靠性。然后,对文中所建立的封闭截渗圩区水环境模拟及治理规划随机模型寻求合理的求解方法并研究其数值的具体实现问题。对于文中拟采用的三阶TVD方法提出了一种改进的浓度指标实时控制新方法,以避免求解过程中可能出现的非物理扰动问题。最后,将文中所建立的随机模型应用于江西省赣东圩区,通过模拟计算与分析,给出该区不同封闭率条件下的地下水水位变化与水质变化情况;提出在现有封闭率0.75情况下,赣东圩区的污染物合理排放量等工程规划指标,成果可为当地水利工程规划与管理提供决策参考。 论文的结尾部分对所取得的成果进行了扼要总结,并提出今后进一步研究的方向。

论文目录:

前言

摘要

ABSTRACT

目录

符号表

第一章 绪论

1.1 问题的提出

1.2 国内外地下水模拟研究现状

1.2.1 地下水溶质运移模拟研究现状

1.2.2 地下水溶质运移方程解法研究现状

1.2.3 随机过程及时间序列理论在地下水模拟方面的研究现状

1.2.4 降水、蒸发预报方法研究现状

1.3 研究难点、解决方法及思路

1.4 论文主要内容

第二章 圩区降水、蒸发的时序-马尔可夫预报模型

2.1 圩区水运动模型

2.1.1 圩区的一般特征

2.1.2 圩区内部的水循环

2.2 圩区降水分析

2.2.1 降水资料的分析

2.2.2 降水资料的插补

2.3 圩区蒸发分析

2.3.1 水面蒸发

2.3.2 土壤蒸发

2.3.3 农田腾发

2.4 时序理论在圩区降水、蒸发预报中的应用

2.4.1 降水量时序分析模型

2.4.2 马尔可夫预报模型

2.5 小结

第三章 大型圩区水环境随机模拟数学模型的建立

3.1 圩区水环境随机模拟数学模型

3.1.1 流动控制方程

3.1.2 运移控制方程

3.2 圩区水环境数学模型初始条件

3.2.1 流动方程初始条件

3.2.2 运移方程初始条件

3.3 圩区水环境数学模型边界条件

3.3.1 流动方程边界条件

3.3.2 运移方程的边界条件

3.4 小结

第四章 模型求解技术及数值实现

4.1 求解技术

4.1.1 流动方程

4.1.2 运移方程

4.2 数值实现

4.2.1 空间、时间离散化

4.2.2 求解技术实现

4.2.3 质量均衡

4.3 Visual MODFLOW软件的开发与应用

4.3.1 Visual MODFLOW的主要组成部分

4.3.2 Visual MODFLOW的特性

4.3.3 Visual MODFLOW程序结构框图

4.3.4 Visual MODFLOW使用步骤

4.4 小结

第五章 实例研究

5.1 研究区基本资料

5.2 野外试验设计

5.2.1 野外试验的目的

5.2.2 野外试验的布置

5.2.3 野外试验资料采集

5.3 单元剖分及边界条件确定

5.3.1 模型选择

5.3.2 边界条件确定

5.3.3 计算单元的剖分

5.3.4 基础资料的输入

5.4 模型验证及计算成果

5.4.1 模型验证

5.4.2 模拟预测结果

5.4.3 结果分析

5.5 小结

第六章 结论与展望

附录

参考文献

致谢

已发表文章

发布时间: 2005-07-07

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