三峡大坝至葛洲坝间沿程水污染一维预测模拟

长江三峡水利枢纽建成并投入运行后,三峡大坝至葛洲坝河段的水流及污染物运动规律将发生变化,从而对该河段水域的水环境质量产生影响.根据两坝间的水文及水质特性,建立了两坝间一维水量水质模型,可用以预测大坝建成后两坝间水量、水质及水环境容量的变化,为该水域的污染控制及水环境管理提供决策支持.     

三峡大坝施工期水环境三维数值预测方法

对三峡大坝一期围堰及二期围堰施工期不同的水流、污染物输运特性进行了分析,建立了三峡大坝坝下水域三维水量、水质模型。模拟结果表明,除在排污口形成的混合区内存在轻微污染外,由于大坝下泄流量较大,稀释能力较强,整体水质状况主要取决于上游来水水质,变化不大。     

曹娥江绍兴排污工程水环境模拟

由于绍兴污水处理厂排放口是过渡性的,大量未达标的污水排入曹娥江,使得该河段污染负荷很大。为了解绍兴污水排放对曹娥江的水质影响,选用二维水流水质数学模型,采用有限差分格式数值求解方程来计算分析绍兴排污工程达标及未达标排放两种工况分别对曹娥江河口段水质的影响。结果表明,未达标排放时,曹娥江河口段水质污染严重,存在超Ⅴ类水体,若达标排放,水体基本能够满足Ⅲ类水质功能区划要求。就绍兴污水处理厂目前运行状况而言,很难保证本江段水体达到功能区划要求。因此绍兴排污工程污水达标排放对于保护曹娥江河口段的水体是至关重要的因素。     

南水北调中线突发水污染事件的快速预测

依据南水北调中线干渠资料,开展了正常输水情况下串联明渠内可溶污染物浓度分布规律数值模拟研究。采用数值模拟、数学归纳和统计分析方法,提出表征污染物输移扩散特征的峰值输移距离、污染带长度和峰值浓度的快速预测公式;通过示范工程验证了快速预测公式的可行性。结果表明:①串联明渠内,峰值输移距离随渠道流速减小而减小,并且污染带长度增加值随明渠内流速减小而减小,但是峰值浓度随明渠流速减小而增加;②快速预测公式计算结果与现场试验实测结果的误差均不到15%,证明了快速预测公式的合理性和可行性。这些研究结果为南水北调中线工程突发可溶性水污染事件应急预警方案的制定提供了科学依据。     

油气田地区土壤-水环境中有机污染的数值模拟及模型预测

针对油气田地区的地下水污染日益突出问题，文章综合考虑石油类有机污染物在包气带中扩散、吸附解吸、分配和生物降解等环境行为，建立了土壤－水环境体系有机污染物迁移转化的非平衡动力学模型，并编制了RBCA有限元程序，预测污染物在土壤－水环境中浓度分布变化趋势，探讨了模拟参数κd、κ变化对有机污染物迁移的影响。模拟结果表明：吸附解吸速率参数的变化对污染物达到平衡状态起着决定性作用，其结果可为定量研究有机污染物在土壤－水环境中的归宿提供可靠的理论根据，同时为油气田勘探开发过程中的污染控制与治理措施提供依据和理论指导。     

悦康药业地下水环境数值模拟预测与评价

悦康药业在开发和生产过程中可能会对区域地下水环境造成影响。基于研究区水文地质条件,建立水文地质概念模型,分别对拟开采的第Ⅲ承压含水层,运用水流运动方程对项目开采15年后的地下水位进行模拟预测;运用溶质运移数学模型对药厂建成后污水处理站对潜水和第Ⅰ承压水进行污染物模拟预测。水位模拟结果表明,15年后含水层(组)中形成降落漏斗大于1 m的范围为0. 45 km~2,形成地面沉降的可能性较小。污染物模拟预测选取COD_(Mn)、氨氮作为预测因子,分别预测污染发生100天、720天及1 800天后污染物迁移情况。污染物模拟结果表明污水站溶质扩散范围较小,5年后COD_(Mn)最大迁移距离为40 m,中心体积质量降为5. 0 mg/L;氨氮最大迁移距离为35 m,中心体积质量降为0. 3 mg/L,对区域地下水水质影响不大。     

饱和颗粒正冻土一维刚性冰模型的数值模拟

基于刚性冰模型,应用有限差分法离散方程组,对于饱和颗粒土开放系统的冻结过程进行了一维数值模拟,给出了冻结缘内参数的分布.计算过程中修正了刚性冰模型中分凝冰产生条件,提出以冻结缘内冰压与载荷的关系作为分凝冰产生的判据,计算得到的冻胀量与实验室冻胀实验的测量数据较为吻合.将计算结果与现场实测资料进行了比较,温度场、含水量分布等结果在分布规律方面与现场实测资料相符.     

两坝间河段通航水流条件的三维数值模拟

三峡工程建成后,三峡-葛洲坝之间的河段是宜昌至重庆河段船舶航行最困难的航段之一.建立了该河段的三维水流数值模型,计算三峡不同下泄流量下的三维流场,并根据计算结果与适航条件分析其适航区域.研究结果表明,当下泄流量不大于25 000 m3/s时,两坝间河段基本能满足万吨级船队的通航水流条件;当流量大于此值时,将会出现碍航区域,且随流量的增加,万吨级船队通航水流条件逐渐恶化.若适当提高通航标准,则通航流量可加大到45 000 m3/s.     

土壤中污染物迁移转化规律的数值模拟研究

考虑到田间土壤的结构性以及运移其中的污染物的化学反应特征,建立了两区双点平衡/动力学吸附溶质运移模型。用拟交替显隐式有限差分格式对模型进行了离散,通过编制的相应程序,对一施药期的水田进行了模拟。研究了土壤中污染物的迁移转化规律,分析了不可动水和非平衡吸附相对浓度分布的影响。结果表明：不可动区水相和非平衡吸附相的浓度具有的滞后现象,在污染前期一定程度上起到了延缓污染作用,而在污染后期又在一定程度上加重了污染。二者的存在均对溶质的迁移转化具有重要的影响,进行数值模拟时应充分考虑二者的存在。模拟及分析结果为土壤环境质量评价提供了定量依据,同时对环境污染的治理与控制具有理论和现实意义。     

水质数值模型在浑河流域水量水质模拟中的应用

在构建浑河流域水动力水质模型的基础上,丰富和完善浑河流域水动力水质数值模型,从而建立浑河流域水动工程调度数值模拟模型,该模拟模型可为该流域水质的调水响应提供了科学依据,并对参数进行了修定和验证.研究结果表明,该模型具有较高的模拟精度和良好的拟合效果.     

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。     

温度和盐度分层流的数值模拟

以N-S方程和k-ε湍流模型为基础,针对水温和盐度分层流的流动特性,考虑了浮力对紊动的影响,建立了温度和盐度分层流的k-ε模型,对同时存在温度和盐度梯度的一类密度分层流进行了数值模拟计算,其中紊动平均量控制方程中的紊动项是由k-ε紊流模型计算,给出了速度、温度和盐度的分布。计算结果正确地反映了分层及紊动特征,与实测结果吻合较好。     

王河煤矿矿井涌水量数值模拟及预测

针对岩溶充水矿井涌水量数值模拟中边界条件概化和非均质性刻画难题,采用分别建立区域模型和局部模型的方法解决边界概化问题,运用信息复合技术刻画岩溶介质的非均质性.以具有完整水文地质边界的荥巩矿区为计算区建立区域模型,以区域模型计算出的流量作为边界条件建立王河煤矿矿井涌水量模拟模型(局部模型).在充分分析钻孔、构造、突水、物探等资料的基础上,运用信息复合技术对煤矿充水含水层进行垂向和平面参数分区.在此基础上,利用GMS建立了精细的王河煤矿涌水量模拟模型.利用该模型预测了不同开采工作面的矿井正常涌水量和最大涌水量.结果表明,开采111070、113090、113110、113120工作面时,正常涌水量分别为490、350、560、590 m3/h,最大涌水量分别为690、490、790、830 m3/h.预测结果可为矿山设计部门确定开采方案、布置排水设备和制定防治水措施提供科学依据.      

长江江苏段的水质模拟

将以有限控制体积法(FVM)为基础的二维水流-水质模型应用于长江江苏段流场和浓度场模拟,结果表明:该二维模型是合理的、可靠的和有效的,FVM配合通量向量分裂格式(FVS)是一种高解析度的数值方法。此外,根据流场和浓度场4个特征时刻的分布特点,确定了污染带的最大范围,得到了各排污口排放量与污染带长度之间的相关关系。     

散粒体间接触面单剪试验及数值模拟

完成了两种散粒体间接触面的单剪试验,对试验过程进行了有限元数值模拟,对比了刚塑性、理想弹塑性和Clough-Duncan接触面本构模型对计算结果的影响,并分析了计算模型的破坏过程。计算取得了与试验基本一致的接触面破坏规律。结果表明,用刚塑性模型描述两种散粒体间接触面的本构关系是合理的。     

基于MODFLOW地下水数值模拟对济南北部地区地面沉降的预测①

为查明济南北部地区深层地下水开采影响地面沉降的成因机理,在综合分析区内水文地质、工程地质、地下水开采等资料的基础上,基于VisualMODFLOW三维有限差分地下水流动模型,对深层地下水降落漏斗发育情况进行了数值模拟,得出地下水流场时空动态分布规律,建立了流-固耦合模型,并对区内地面沉降发展趋势进行了预测。经验证,预测沉降速率与InSAR监测地面沉降速率基本吻合,预测结果基本可靠,具有较高的研究意义和应用前景。     

MT3D-通用的三维地下水污染物运移数值模型

定量研究污染物在地下水中的运移过程通常采用数值模拟方法。MT3D是一套基于有限差分方法的污染物运移模拟软件，近年来在国外水文地质和水环境模拟等领域的研究中已经得到较为广泛的认可。MT3D比较全面地考虑了污染物在地下水中的对流、弥散和化学反应等过程，可以灵活处理各种复杂的源汇项和边界条件，能够准确模拟承压、无压和越流含水层中的污染物运移过程。MT3D具有模块化的程序结构、灵活的求解方法以及全面的模拟功能，非常适合实际问题的研究，值得在国内推广使用。