基于 HEC-RAS 的梧桐山河流域水质模拟及应用

以深圳市梧桐山河流域为研究区域,基于HEC-RAS模型建立梧桐山河流域一维水动力水质模型。水动力模型最大相对误差2.43%,水质模型最大相对误差18.12%,模型模拟精度较高。利用该模型对河段水体中的污染物进行模拟,根据上游污染物浓度估算污染物扩散至下游断面的浓度及扩散时间,模拟调控上游水库的下泄流量来加大生态流量,从而达到控制污染物浓度的目的。     

闸控河网水文-水动力-水质耦合数学模型——I.理论

针对流域级闸控大型河网水环境日常管理的应用需求与实际特点,将资料适应性强的水文学方法与数据要求相对严苛的水动力-水质数值模型相融合,构建了一维与二维嵌套、分块组合的闸控大型河网水文-水动力-水质耦合数学模型DHQM（Hydrology, Hydrodynamics, and Water Quality Model for Impounded Rivers）。模型由河道径流模拟、闸坝调度过程模拟、河道水质模拟、区间入流及入河污染负荷估算和水质预警实时校正等5个模块组成。模型可服务于水环境实时预警和调度,也可为闸坝水文环境效应的量化提供基础工具。     

数值模拟在配水改善河道水质中的应用

MIKE11模型广泛应用于河流及河网的水流、水质数值模拟。为了研究最经济可行的配水改善河道水质的方式,结合上塘河配水试验建立MIKE11水动力及水质模型,通过分析不同配水方式、配水时间、配水量的情况下水质改善的效果,提出了上塘河最佳配水方案为日常开机2台、每天12h配水。对该方案进行实况配水验证的结果表明,实际效果与研究结论吻合。     

流域水库群与闸坝联合调度方案修正探析

流域水库群与闸坝联合调度方案的制定及实施,可有效促进河流水质改善。通过数值模拟软件验证,浑河、太子河研究河段水质均得以改善,枯水期水质改善效果尤为明显。随着专项研究治理工作的开展,浑太流域河流水体质量与特征发生变化,研究河流水体情况及流域现状调度方案对联合调度方案进行修正,以适应今后浑太流域水工程调度运行特征及流域水质改善需要,为流域水生态环境治理等相关工作提供参考。     

冰封期水动力水质模型在松花江水污染事件中的应用

根据研究流域特点建立了冰封期水动力水质模型,结合冰封期水位测量的特点,对水位模拟结果进行了修正,分别利用2006和2007年水文监测数据对模型进行了率定和验证,利用模型对2005年松花江硝基苯水污染事件进行模拟。计算结果表明:建立的冰封期水动力水质模型能够很好地适用于该地区,部分断面硝基苯质量浓度峰值的相对误差为5%~13%,峰值出现时间的绝对误差为2~3 h。利用模型预测了上游边界流量增加20%及减少5%对水质的影响,结果表明:流量增加导致污染团峰值提前22 h到达摆渡河断面,硝基苯质量浓度峰值降低了15%,流量减少导致峰值延迟6 h到达摆渡河断面,质量浓度峰值升高了4.6%。     

浑河流域景观格局指数对流域水质的影响分析

根据浑河流域的遥感影像获得的数据和景观格局指数统计结果,对浑河水质与景观指数之间相关性进行分析,结果表明:浑河的景观格局指数与水质之间存在相关性,水质的不同指标,与景观格局间的相关性指标程度不同,在一定程度上反映了景观格局对浑河水质的不同影响。     

基于未确知信息的环状河网水质数学模型研究

以圣维南方程组、对流扩散方程以及未确知信息理论为基础,建立了环状河网一维水动力与未确知水质数学模型。采用Preissman四点隐格式法对圣维南方程组进行离散和采用显式差分对对流扩散方程进行离散,对河网水动力与水质分别进行了合理的编码,并考虑了泵闸等控制工程、降雨径流的影响,采用河网的三级解法编制河网非恒定流的计算程序求解各断面的水位Z和流量Q,实现了水动力和水质两模块之间的数据连接,且对微分形式的水质模型运用未确知数学理论进行了含有两个未确知参数的水质计算,从而不仅能获得污染物浓度区间值,还能得到相应的可信度。实例研究表明,建立的河网水动力模型和未确知信息的水质模型是可靠的,可以用于河网水质治理工程的数值模拟研究和水环境评估。     

沈阳南部污水处理厂排放对下游水功能区的影响分析

通过对沈阳南部污水处理厂排放污水对下游浑河大闸—黄蜡坨子河段的功能区影响进行综合分析,以实现对河段水功能区保护和水污染进行综合控制。本文利用QUAL2K建立河流水质模型对浑河大闸上游两种不同来水水质进行模拟预测,模拟因子选用化学需氧量（COD）、氨氮,从而为浑河的综合规划和治理及水功能区的保护提供科学依据。     

调水前后对河流生态水质的影响探讨

探讨了城市调水工程中调水建筑物对河流生态系统的影响,以及具体调水系统对城市主要河网水质的影响。得出:大坝等水利工程对河流的割开以及局部区域气候的改变,城市引水工程常常会破坏影响河流生态系统的生物多样性。并利用MIKE11建立某市水动力和水质模型,数值模拟和分析了城市调水系统对水质的影响,结果表明通过科学的调度运行,城市主要河网中水质能得到一定改善。     

地表水文过程与地下水动力过程耦合模拟及应用

地表水和地下水是水循环系统不可缺少的部分,对相互作用与反馈的模拟计算有助于水资源精准评价。在非饱和带数值计算模型(UZF1)与模块化地下水动力模型(MODFLOW2005)耦合的基础上构建了一个地表水文过程与地下水动力过程耦合数值模拟模型,模型可以同时输出流域出口断面流量和地下水位的空间分布,有利地提高了模型的可靠性。将模型应用于资料条件较好的临涣集流域,从模拟结果分析来看,模型可以很好地模拟流域出口流量与地下水位空间动态变化过程,具有较高的模拟精度。     

WASP 水质模型在河流富营养化问题中的应用

生态系统动力学模型可以真实地刻画河流富营养化问题。基于这一模型,运用WASP 水质模型对浑河支流细河2007 年污染质运移问题进行数值模拟,并对模拟的效果进行分析与解释。结果显示, 7 月份在靠近工业园区和居民区附近河段,BOD 浓度＞ 140 mg·L － 1,污染严重,其主要原因为工业废水和居民污水的大量排放,表明基于生态系统动力学模型的WASP 较以往的经验回归等统计模型更能反映河流富营养化问题的动态变化规律。     

地下水水质的数学模拟(五)——水动力弥散模型与其他水质模型

前几讲我们介绍了水动力弥散的机理、水动力弥散方程的导出及其各种解法。有了这个基础,我们就可以建立起一般的水动力弥散型的水质模型,或称对流—弥散型的水质模型。在实际应用中,为了避免确定弥散系数的困难,除了这类比较复杂的模型外,常使用比较简单的纯对流型的水质模型与集中参数型的水质模型。这一讲我们将介绍这方面的内容。 水动力弥散型的水质模型     

一维水质模型结合改进的输出系数法在流域非点源污染负荷估算中的应用

非点源污染是导致流域水体水质恶化的关键污染来源之一,为了估算流域非点源污染负荷,本文提出将一维水质模型应用于分离监测断面点源污染负荷和非点源污染负荷的方法,并结合了改进的输出系数法,以COD_Mn和NH₃-N为代表性指标,将该模型应用于潮河下游流域,并与传统的水文分割法结合改进的输出系数法估算非点源污染负荷的结果进行对比。结果表明,一维水质模型结合改进的输出系数法估算流域非点源COD_Mn和NH₃-N污染负荷模拟值的纳什系数均在0.800以上,具有良好的模拟精度,同时避免了水文分割法无法较好地模拟枯水期非点源污染负荷的弊端。该方法在运用SWAT（soil and water assessment tool）模型预测得到水文数据的情况下,能够预测流域非点源污染负荷,作为SWAT模型对COD模拟的补充。     

MIKE11模型在合肥市十五里河水质改善研究中的应用

城市河流治理是改善城市生态环境的重要一环,为了建设健康的城市水环境,有必要对改善河流水环境质量的可行技术方案进行研究。以合肥市十五里河为例,基于MIKE11软件平台构建河流一维水动力水质耦合模型,根据流域污染特征设定三种水质改善方案进行数值模拟分析,评价分析各情景方案的水质改善效果。结果表明:单纯依靠截污不能使国控断面水质达标,同时还会引起断流;考虑截污及污水处理厂尾水提标排放可使国控断面水质显著改善,但由于降雨径流非点源污染影响,部分时段水质不能达标;采取中水回用、就近引巢湖原水补水、截污及初期雨水截留组合措施,不需外调水补水,国控断面水质即可满足规划目标。     

基于数值模拟的区域水量水质联合调度研究

针对太湖流域存在的主要水问题,在引江济太原型试验引分水控制模式分析的基础上,建立了区域水量水质模拟与调度的耦合模型。针对模型优化的复杂性,对水量水质数值模拟的格式算法、优化调度的目标函数及约束条件、模拟与优化模型的协调衔接等关键环节,提出了合理可行的处理方法。应用研究中,针对引江济太原型试验中暴露的引水分配不合理问题,研究了特定时段内望虞河引水的合理调度,并重点分析不同工况下调水对太湖水生态环境的影响。计算结果表明,所建立的模型是可行的,对区域水量水质联合模拟与调度有一定的借鉴价值。     

湖泊水质遥感研究进展

详述了湖泊遥感水质最新发展动态,如遥感水质模型的数学方法、与水质指标最敏感的波段以及TM、SPOT、MODIS、MERIS、AVHRR、CASI等传感器的适用情况,并分析了可能导致湖泊水质遥感模型误差的原因和解决办法。湖泊各项水质组分与光谱之间相互影响可认为是一种非常复杂的非线性关系,最适合用神经网络这样的黑箱模型来模拟。应当研究和选取敏感波段,用高光谱逐段分析与各种水质指标相关最密切的波段。湖泊水质遥感最终走向实用化必将其与水生态问题结合起来,作为一种监测手段,在水中藻类的时空分布、流域营养物质输送模型和湖泊水域水质模型等问题中得到广泛应用。我国学者使用超光谱数据源获得更为精确的监测成果还比较少,由于我国卫星可以用来进行水质遥感的波段比较宽,应当在新一代的资源环境卫星上加入更适合水质遥感的波段。     

基于WEAP模型的西苕溪流域水质安全保障方案

针对西苕溪流域水质安全问题,基于WEAP建模平台,构建了西苕溪流域水资源评估与规划模型。在模型验证基础上,分析了西苕溪流域2001～2020年河道水功能目标满足度及水供需关系,识别了流域水资源利用存在的问题,并探讨了水源地和中下游区水质安全保障措施及其改善水质的效用,在此基础上提出了西苕溪流域水质安全保障方案。研究表明:TN是影响水源地供水安全的限制性因素,TN、TP是影响河道水功能的重要指标。通过综合实施废水处理厂、节水型设备、退耕还林等水资源管理措施能起到较好地削减TN产出的效果,水源地河道TN浓度降低,基本上能保证全年实现河道Ⅲ类水功能目标,中下游河道TP、TN浓度亦能达到Ⅲ类水功能要求。     

城市洪涝水文水动力耦合模型构建与评估

为降低暴雨洪涝灾害损失,利用数值模拟方法研究城市洪涝过程,提前获取可靠的洪涝水情信息,具有重要的现实意义。根据城市洪涝过程的水文水动力学原理和方法,以SWMM模型与自主研发的二维模型为基础,提出一、二维模型耦合的具体方法,通过水平和垂直方向的连接构建水文水动力耦合模型。研究提出基于DLL的一、二维模型耦合策略,以垂向连接问题为理论案例,将模拟结果与InfoWorks ICM软件结果进行对比分析,阐明该垂向连接方式的合理性。以广州市东濠涌流域为实际案例,构建了东濠涌流域城市洪涝水文水动力耦合模型,选用2场实测降雨对模型进行模拟分析,发现模型在一维排水系统排水能力和二维地表积水的模拟均具有较好的精度和可靠性。结果表明所提出的连接算法合理可行,所构建的水文水动力耦合模型具有一定的可靠性,对城市洪涝模拟分析具有较好的应用价值。     

水利工程环境水质效应问题分析

为了促进经济发展及社会发展,贵州省开展了大量的水利工程,水利工程施工引发了环境水质效应问题,加重了流域的水环境污染。以贵州省水利工程作为研究对象,对其开展环境水质效应检测,检测的结果显示:水利工程存在环境水质效应问题,会降低径流量及流速,降低流域的纳污净化能力,引发严重的水环境污染问题。这就要求水利部门提高对环境水质效应问题的重视,采取有效的措施规避该问题的出现,充分发挥出水利工程的积极作用。     

闸控河网水文-水动力-水质耦合数学模型——Ⅱ.应用

针对中国多闸坝重污染河流的典型代表——淮河中游河网,为提高其流域水环境预警及应急响应能力,依据水文-水动力-水质耦合数学模型DHQM(Hydrology, Hydrodynamics, and Water Quality Model )的理论框架,构建了由淮河干流、沙颍河和涡河3个一维模块和鲁台子、蚌埠闸2个二维模块组成的淮河中游河网水文-水动力-水质耦合数学模型.采用经过验证的模型针对一个虚拟的水污染事故情景,分析了不同调度方案与淮河干流来水组合下污染团下泄对下游水质的影响;并以保障淮河干流蚌埠市饮用水源地的取水水质安全和减轻事故对下游水质的影响程度为目标,优选出分期小流量慢速下泄污染水体为最佳的水量水质联合应急调度方案.