大型平原河网地区水量水质耦合模拟及联合调度研究

论文摘要

针对太湖流域存在的主要水问题，论文采用数值模拟和引江济太调水试验工程相结合的方法，探索适合提高中国河流湖泊的水生态系统承载能力的方法途径。 论文在HOHY2模型研制和河网水质循环系统分析的基础上，建立圩内圩外虚拟河段的水力联系，选择适合的堰闸等水流运动方程，提出水量水质零维、一维、二维(准三维)的逐时段嵌套模式，实现了复杂大型平原河网地区量质模拟耦合一体化计算。基于流域微地貌特征，提出了平原河网栅格产汇流方法和有效途径，使进入河网的各种水源和污染源得到量化，保证了水量水质计算的稳定性。构建了考虑供水保证、水质改善、防洪安全的水资源优化调配框架，并以交互式方式实现水量水质模型与调度模型间的耦合，较好地解决了调水实际问题。结合河网水量水质运动实际，在水质沿程变化呈直线变化假定基础上，提出了求解对流方程的非充分掺混计算方法，并在河网来水组成应用研究中证明了计算成果合理性和精确性，为定量化研究跨区域水量水质联合调度奠定了理论基础。对2002～2003年引江济太调水试验进行了效果评价和客观分析，揭示出入湖河道流量和物质对太湖富营养化的影响机理，提出的改善太湖和河网水环境的优化调度模式，具有很好的指导意义。 结合引江济太调水试验，对大型平原河网地区提出的水量水质耦合模拟和开展的联合调度研究成果，具有较好的适应性和可靠性，为解决水质型缺水地区的水资源配置和跨流域生态调水提供了新的思路。

论文目录

• 前言
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 水资源调度国内外研究进展
• 1.2.1 国外水资源调配模拟问题研究进展
• 1.2.2 国内水资源调配模拟问题研究进展
• 1.3 本文研究的主要目的、内容和方法
• 1.3.1 研究主要目的
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.3.3 主要研究方法和技术路线
• 第二章 平原河网地区产流产污模拟模型
• 2.1 河网地区微地貌信息处理
• 2.1.1 流域微地貌河网多边形构建
• 2.1.2 流域微地貌下垫面基础信息提取
• 2.2 河网地区降雨径流模拟
• 2.2.1 降雨产流模拟
• 2.2.2 河网地区产流问题探讨
• 2.2.3 河网地区汇流机制研究
• 2.3 平原河网地区污染负荷模型
• 2.3.1 污染负荷模型路径图
• 2.3.2 污染负荷产生模块
• 2.3.3 污染负荷处理模块
• 2.4 本章小结
• 第三章 平原河网水量水质模拟模型
• 3.1 河网地区水流运动及堰闸模拟
• 3.1.1 平原河网水流运动模拟
• 3.1.2 堰闸等过流建筑物模拟
• 3.1.3 圩区及圩外调蓄水面处理
• 3.1.4 节点方程求解
• 3.1.5 水流模型求解关键问题的处理与讨论
• 3.2 平原河网水质循环系统分析
• 3.2.1 河网主要水质指标水质循环分析
• 3.2.2 水质循环模型系数
• 3.3 平原河网水质模型的框架
• 3.3.1 河网水质模型的框架
• 3.3.2 平原河网框架模型源汇项选择
• 3.3.3 平原河网框架模型参数选取
• 3.4 平原湖泊二维水质模型
• 3.4.1 湖泊水质模型的框架
• 3.4.2 二维水质模型源汇项选择
• 3.4.3 湖泊水质模型参数选取
• 3.4.4 模型富营养化水质方程
• 3.5 本章小结
• 第四章 平原湖泊富营养化模型
• 4.1 湖泊水动力学模型
• 4.2 湖泊藻类生长与输移模型
• 4.3 湖泊营养盐与物质输移循环模型
• 4.3.1 湖泊氮的输移与循环模型
• 4.3.2 湖泊磷的输移与循环模型
• 4.4 浮游动物生物量变化、鱼类生长及沉水植物生长模型
• 4.4.1 浮游动物生物量变化、鱼类生长及沉水植物生长模型
• 4.4.2 鱼类生长模型
• 4.4.3 沉水植物生长模型
• 4.5 本章小结
• 第五章 平原河网水量水质联合调配研究
• 5.1 太湖流域平原河网地区主要水问题
• 5.1.1 流域水资源总量特征及分布
• 5.1.2 流域各分区水资源质量分析
• 5.1.3 平原河网防洪特征水位的分析
• 5.2 平原河网来水组成分析
• 5.2.1 基本原理
• 5.2.2 保守物质的定义
• 5.2.3 基本方程
• 5.2.4 充分掺混假定的误差分析
• 5.2.5 非充分掺混断面浓度分析及其求解方法
• 5.2.6 旁侧入流处理
• 5.2.7 节点浓度方程及其求解方法
• 5.2.8 非充分掺混断面浓度计算算例
• 5.3 水资源量质联合调配模型框架
• 5.3.1 水资源量质调配空间分区
• 5.3.2 水资源量质调配目标与目标函数
• 5.3.3 水资源量质调配约束条件及求解
• 5.4 本章小结
• 第六章 引江济太实例研究
• 6.1 太湖流域基本概况
• 6.1.1 太湖流域自然环境
• 6.1.2 太湖流域水资源
• 6.1.3 太湖流域社会经济
• 6.1.4 引江济太调水试验工程
• 6.2 模型参数率定分析
• 6.2.1 河网水量模型率定
• 6.2.2 河网水质模型率定
• 6.2.3 太湖藻类生长与物质输移循环模型率定及计算分析
• 6.3 引江济太水量水质联合调度效果评估
• 6.3.1 实况优化引水量分析
• 6.3.2 实况引水过程与水质变化分析
• 6.3.3 实况引水对太湖水环境影响分析
• 6.3.4 引江济太对太湖及两河主要水质指标的总体评价
• 6.4 区域水量水质联合调度及措施比选研究
• 6.4.1 望虞河西岸概况
• 6.4.2 望虞河西岸联合调度研究方案设计
• 6.4.3 望虞河西岸联合调度计算成果及分析
• 6.4.4 望虞河西岸联合调度影响分析和对策措施
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 博士期间完成的论文著作及科研成果情况