二维河流水质模型在水资源保护中的应用

论文题目: 二维河流水质模型在水资源保护中的应用

论文类型: 硕士论文

论文专业: 环境科学

作者: 陈娟

导师: 张万顺,叶闽

关键词: 有限体积法,黎曼问题,数值方法,水流水质耦合模型,水资源保护

文献来源: 武汉大学

发表年度: 2005

论文摘要: 根据研究水资源保护工作的需要,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。有限体积法(FVM)的方程是对控制体写出的积分形式的物理守恒律,把二维问题转化为一系列局部的一维问题进行求解。该法将计算域划分成若干规则或不规则形状的控制体,对每个控制分别进行水量和动量平衡计算,得出各控制体边界沿法向输入或输出的流量和动量通量,然后便可计算出时段末各控制体的平均水深和流速。本文中模型以高精度的向量分裂格式(FVS)通过求解局部黎曼问题来估算各网格边界上的法向通量,具备有限单元法及有限差分法两者的优点,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。利用长江和汉江武汉段相关水域的实测资料对模型进行率定和验证,验证结果表明:二维水流—水质耦合模型对区域概化合理,模拟结果基本反映了河道的水力特性和水质特征,可用于模拟区域内污染物迁移降解过程和污染带影响范围的预测。在水资源管理中的点源入河排污论证应用中,分析了正常排放和突发事件排放情况下对水功能区的影响:对概化的污染源模拟出在设计条件下的污染带分布图,并计算出污染带长、宽随排污量变化曲线,并对所在长江江段水质可达性进行了研究。在面源排污论证应用中,定量估算分析了赫山地区城市面源降雨径流过程和污染负荷。在此基础上,用二维水流—水质耦合模型分析了正常排放、事故性排放和面源治理后排放情况下对水功能区的影响,计算出污染带长、宽随河道水期变化曲线,并对所在汉江江段水质可达性进行了研究。为城市降雨径流的排放论证做了一个尝试。数值模型应用表明,有限控制体积法(FVM)配合向量分裂格式(FVS)是一种具有高解析度的数值方法。二维水流水质FVM模型是合理的、可靠的和有效的,可在实际工程水环境工作中推广运用。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 问题提出

1.2 研究内容和意义

1.3 国内外研究进展

1.3.1 水质模型的概念和分类

1.3.2 水质模型研究进展

1.3.3 水环境模型数值计算方法

1.4 我国水资源保护概况

2 二维水流水质耦合数学模型及FVM求解

2.1 控制微分方程及其积分离散

2.1.1 控制方程

2.1.2 离散方程

2.2 法向数值通量

2.2.1 黎曼问题

2.2.2 近似黎曼解求解方法

2.3 边界处理

2.4 有关影响因素

2.4.1 河底高程

2.4.2 糙率

2.5 模型计算流程

2.5.1 单元及处理方式

2.5.2 模型计算流程

3 水资源保护应用

3.1 晨鸣纸厂入河排污论证

3.1.1 概况

3.1.2 模型验证与参数率定

3.1.3 模型计算

3.1.4 水环境响

3.1.5 小结

3.2 汉阳赫山城市面源入河排污论证

3.2.1 概况

3.2.2 模型验证与参数率定

3.2.3 模型计算

3.2.4 水环境影响分析

3.2.5 小结

4 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

致谢

发布时间: 2006-03-27

参考文献

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二维河流水质模型在水资源保护中的应用

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