平原河网水流水质数值模拟研究展望

论述了河网地区主要水量、水质模拟方法的基本理论、发展过程及其在生产实践中的应用状况,并从理论与应用角度分析了现今广为应用的水流、扩散质数值模拟方法的优缺点,同时在此基础上提出了改进数值模拟方法的设想：根据陆域特征研究适用于河网地区的面源污染负荷模型;根据交叉口扩散质输运特征研究河网水质精细模拟方法．     

城镇河网水环境模拟及水质改善情景方案

为寻求促进平原地区城镇河网水环境问题识别和水质改善的方法,以苏州市甪直镇河网为例,基于水文水质监测数据建立了相应的水环境模型,并将其应用于水质问题识别和水质改善方案研究中。甪直河网流动状态欠佳,长期平均流速小于0.02m/s的河道占河道总长度的63%、总水面面积的49%,不利于污染物迁移扩散,是导致该区域水质变差的主要原因。利用水环境模型对甪直河网的水文水质时空分布进行模拟分析,在此基础上制定出水系结构优化和水利调度强化2个水质改善方案。基于水环境模型的情景分析结果表明:水系结构优化方案能够有效促进生化需氧量BOD5和氨氮NH3-N这2类污染物的整体质量浓度水平降低。现场试验结果表明:水利调度强化方案能够有效地增强甪直河网流动性,实现以溶解氧DO质量浓度上升为表征的水质改善。     

福州内河河网精细水流水质数学模型研究

在前人研究的基础上,根据感潮河网地区水体的水动力、水质特性,建立了河网一维水动力和水质模型,并进行了模型验证。结果表明水动力模型计算值能够较好地吻合实测值,能正确反映涨落潮趋势,水质模型能正确反映污染物受涨落潮影响在河网内回荡的变化情况。研究成果对解决福州市水环境问题提供了一定的理论基础,具有一定的指导意义。     

受潮汐影响的闸控河网水质的模拟

以河道法为基础建立水动力学计算模块,模块集成了产流、汇流模型,包括了多种闸门运行控制方式的模拟.以美国国家环保局(EPA)的水质模型(WASP6)为基础建立了考虑水质主要指标CODCr,NH3-N,BOD5和DO及点污染源和面污染源的水质计算模块.该耦合模型水量和水质同时耦联计算,特别适宜于受潮汐影响的河网水质的模拟.模型利用上海市青浦、松江区河网实测资料进行了验证,CODCr的计算误差在-25%~18%之间,NH3-N的计算误差在-14%~20%之间.考虑到实测数据的误差,模型水质计算的精度完全满足工程计算精度的要求.该耦合模型可以用于受潮汐影响的闸控河网水质的模拟.     

大型潮汐河网水质动态模拟及应用

所有水质方程表述成通用形式并利用有限体积法(FVM)将方程在河道和汊口离散成一系列线性代数方程,同时在对汊口离散过程中给出了一种汊口处理的新方法,然后应用荷兰水力学家Dronkers在水动力学模型求解中首先提出的分级思想建立了一种适于河网水质动态模拟的分级求解程式,最后,本文所提出的方法应用于工程实践从水质保障的角度为广州市南部供水工程选取最佳取水点。     

黄浦江准动态水质模型及其数值解法

本文根据水资源管理、规划和调度的不同要求,建立了黄浦江动态和准动态两类水质数学模型,提出了准动态水质模型的数值解法.同时,在机理分析和室内试验的基础上,采用有约束的系统优化之法,进行了准动态水质模型的参数率定,并用1984年8月的同步监测资料作了验证.结果表明,该模型及其数值解法适用于潮汐河流以及误水河非恒定流动时期逐时段的水质模拟和预报.对人口密集、排污量大的河流尤为便利.     

感潮河网水量水质模型及其数值模拟

本文研究了感潮河网水量水质数学模型——Hwqnow模型。该模型不仅反映了感潮河网的水流、水质复杂多变的特点,而且反映了感潮河网水体受各种因素影响下的水量、水质变化规律,尤其是反映了感潮河网水体分别处于好氧、缺氧、厌氧状态下的各水质组分间相互制约、相互影响的变化规律。模型的参数都是在分析机理的基础上通过实验室和现场实验得到的。在计算方法上采用有限体积法对水质基本方程数值求解,物理概念清晰,通用性强,计算稳定收敛。经实测资料审定和验证,取得良好的结果。该模型已用于为改善上海浦东新区河网水环境而进行的调水方案研究以及浦东新区水利一期工程对改善新区水环境的研究中。     

城市输配水管网水质变化模型及其数值方法

论述了水质在管网中变化的稳态和动态数学模型,分别给出了求解稳态模型的方法和用拉格朗日法求解动态模型的典型数值方法。     

上海青浦城区西北片河网调水的数学模型构建与验证

基于河道几何特征以及污染物对流、湍动扩散和混合稀释的不同机制,构建起模拟上海青浦城区西北片河网内污染物浓度时空分布的二维数学模型;采用两种不同的实际调水工况(先排后引和边引边排),对所建模型进行了验证计算.结果表明,河网内各取样点的污染物浓度实测值与计算值都基本一致.从而证明了所建模型具有工程适用性,可用于模拟上海青浦城区西北片的河网水质调节过程.     

基于数字栅格的河网小流域水质数学模型构建与应用

河网地区降雨充沛,河道水质受点源排放和降雨径流面源污染排放影响出现时空动态变化.针对小流域水质达标评估的需求,构建了基于栅格化空间重力汇水流向的降雨径流污染模型,并通过耦合河道水动力水质模型,建立点源、面源排放与河道水质的动态响应关系.以我国常州市武进港小流域为研究区域,对该模型系统进行了率定,确定了水质模型的主要参数...     

径向基函数神经网络在多河段水质模拟中应用

为了更好地模拟与预测河流水质,运用人工神经网络的原理与方法,在分析河流多河段水质模型基础上,建立了RBF人工神经网络水质模型,应用滏阳河邯郸市区段实测水质数据对模型进行训练与检验,结果表明,该模型应用于水质模拟精度高,是可行的.     

浅析QUASAR河流综合水质模型

QUASAR模型是一维动态综合水质模型，是由英国Whitehead建立的贝德福郡乌斯河水质模型发展而来，并成功地应用于英国LOIS工程。对该模型的原理、方程及数据需求等作了详细的介绍，并分析了该模型对我国河流水质评价、水质预测等可借鉴之处。     

有机灰色神经网络模型在河流水质预测中的应用

针对灰色预测对波动较强的序列只能预测大致变化的缺陷,在分析河流水质动态变化的基础上,结合灰色理论中的GM(1,1),无偏GM(1,1)和RBF神经网络的特点,提出有机灰色神经网络预测模型,将灰色模型得到的数值作为神经网络的输入,原始数据作为神经网络的输出,训练得到最佳神经网络结构.以某地区河流水质为例,根据其变化规律,应用有机灰色神经网络模型进行预测,结果表明,该模型拟合误差小,预测精度高.     

二维稳态河流水质模型的河岸镜像问题及其计算机模拟研究

基于二维稳态河流水质模型的河岸镜像问题,采用计算机模拟河流污染带的方法,对一侧镜像模型和两侧镜像模型进行了分析讨论。根据湖南省澧水某段枯水期的水文参数,对一侧镜像模型和两侧镜像模型的污染带进行了模拟,发现一侧镜像模型由于忽略了一个虚源而使河流中污染物的浓度分布产生较大的误差,从而导致污染带异常;而两侧镜像模型考虑了河岸两侧的两个镜像虚源,从而很好的反映河流中的污染物浓度分布。因此在河流水质预测评价过程中,应采用两侧镜像的二维水质模型。     

基于BP神经网络的汾河水质评价

以汾河流域21个控制断面的水质监测数据为研究对象,建立了基于BP神经网络模型的汾河水质评价方法,对汾河流域水质进行了评价,并与传统的单因子指数评价法、综合指数评价法进行了对比.结果表明,80.9%的断面三种评价结果完全相同,11.1%的断面三种评价结果有差异,其中,BP评价结果较单因子法和综合污染指数法更为客观,更多地考虑了多种污染物的综合影响,更有利于水质评价和管理.经训练的评价模型应用于实例的评价结果表明,该模型设计合理、抗干扰能力强,对汾河水质评价具有较好的客观性、通用性和实用性.     

组合单元水质模型中的边界条件及污染源项反问题

从反问题的角度出发,提出组合单元法求解水网地区水质特性的稀疏矩阵解法,在此基础上给出无约束污染物边界浓度及污染源项一类反问题的提法及相应的最优控制求解方法,该方法避免了常规方法的试错求解过程及不确定性,可显著提高计算精度。