检索结果-南通市图书馆

作者：杨志川重庆交通大学

学位级别：硕士

三峡水库自蓄水以来,库区回水区长达几百公里,库区的支流由之前的天然河流变为水库型河流。由于库区水位抬高,支流水流变缓,上游污染物在支流聚集,导致水体出现越来越严重的污染趋势,因此,研究三峡水库回水区水质的发展变化趋势、预测... 详细信息

三峡水库自蓄水以来,库区回水区长达几百公里,库区的支流由之前的天然河流变为水库型河流。由于库区水位抬高,支流水流变缓,上游污染物在支流聚集,导致水体出现越来越严重的污染趋势,因此,研究三峡水库回水区水质的发展变化趋势、预测未来发展的规律有着一定的生态建设价值。本文针对库区污染物扩散规律预测龙宝河支流上游污染物负荷,用概化模型实验模拟污染物在温度分层、流速、浓度、底泥不同工况下的扩散状态,在此基础上选取长江交汇口地形和水位资料等实测资料构建了DHI mike3水动力模块和对流扩散模块,模拟了回水区和长江交汇区污染物扩散过程。主要得到如下几点结论:(1)通过对上游点源、面源和内源污染物负荷计算,得出龙宝河交汇区上游污染物负荷总量为COD1404.59t/a,TN80.64t/a,TP13.44t/a,NH-N50.13t/a。(2)本文以上游污染物浓度大小为控制变量采用概化模型和mike软件数值模拟,分析得出高浓度污染物扩散明显快于低浓度污染物,在概化模型中高浓度污染物在一天内COD、TN、TP、NH-N分别衰减了0.21d、0.22d、0.2d、0.2d。低浓度污染物在一天内衰减了COD、TN、TP、NH-N分别衰减了0.2d、0.19d、0.18d、0.2d。高浓度污染物衰减速度也快于低浓度污染物,而在垂直深度上高浓度污染物最大值出现在中层,低浓度污染物则在最上层。(3)mike 3维模型控制流速大小改变的是对流扩散水力特性,0.012m/s为小流速,0.035m/s为大流速,流速越大污染物向前扩散越快,混合均匀的位置越长。在上游污染物均匀分散的情况下,扩散到交汇口后,由于下游长江水的顶托作用导致污染物在交汇口弯道处汇集,污染物浓度在该处变化最为明显,上层>中层>下层。在概化模型下流速为0.012m/s在15分钟时衰减了COD、TN、TP、NH-N分别衰减了0.089m、0.088m、0.145m、0.083m;当流速为0.035m/s在15分钟时衰减了COD、TN、TP、NH-N分别衰减0.093m、0.088m、0.155m、0.091m。由此可见,流速越大,污染物浓度衰减越大,表明紊动对污染物衰减程度影响较大,流速越大时深度越深的点检测到的浓度值需要的时间越少。(4)以温度分层的变化为控制变量,通过mike 3维数值模拟结果可知20天后上游污染物已经扩散至长江,但高浓度污染物依然汇集在交汇区内。一方面由于流速很慢和交汇区S型弯道的缘故,导致污染物在此处汇聚,向长江扩散非常缓慢;另一方面由于长江水量体量非常大,污染物进入长江时,稀释作用致使浓度迅速降低。高温分层工况下下层污染物浓度大于中层,浓度最小值出现在中层,低温分层工况下浓度最小值在下层,上层温度越高扩散越快。在概化模型中通过改变温度变量可以发现上层温度越高纵向扩散越快,温度越高会使水中各种微生物活性增强,加速污染物降解和释放各种物质,引起污染物浓度的快速变化,从而扩散增强。(5)底泥对污染物浓度垂向浓度值影响最大,在实验检测时间段内,水越深浓度值越高,上层污染物浓度值受上游排污量水力特性影响较大,而下层污染物浓度值受底泥影响较大,上层污染物浓度值>中层>下层。(6)流速是影响回水区污染物浓度扩散最大的因素,其次是浓度值,最后是季节性变化导致的温度分层。

关键词： mike3 回水区污染物扩散衰减系数污染物负荷计算

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大黑汀水库水温分层及水质响应特性研究

大黑汀水库水温分层及水质响应特性研究

作者：李步东河北工程大学

学位级别：硕士

大黑汀水库是滦河水系上一座大Ⅱ型饮用水水源地水库,其与潘家口水库联合调度,起到防洪、供水、发电等功能。坝前水深可达25m以上,夏季具有稳定的水温分层现象。本文以大黑汀水库为研究对象,采用数值模拟、水质原位监测以及实验室测试... 详细信息

大黑汀水库是滦河水系上一座大Ⅱ型饮用水水源地水库,其与潘家口水库联合调度,起到防洪、供水、发电等功能。坝前水深可达25m以上,夏季具有稳定的水温分层现象。本文以大黑汀水库为研究对象,采用数值模拟、水质原位监测以及实验室测试相结合的方法,系统的研究了大黑汀水库水温季节性分层和水质的演变特征;搭建了适用于大黑汀水库的三维水动力及水温模型。在此基础上探讨了水环境对水温分层的响应特性,并提出相关改善措施。论文的主要研究成果及结论如下:（1）基于mike 3软件搭建了适用于大黑汀水库的三维水温模型,该模型综合考虑了大黑汀水库的水文气象数据,利用2018年4月2月的实测水温数据,对模型的水温模型参数进行率定和结果验证,模拟结果与实测数据吻合良好。（2）大黑汀水库存在明显的季节性水温分层现象,分层期为5～9月份,受到水温分层的影响,水体中溶解氧、叶绿素a、pH值也呈现出类似的分层现象。其中,表层水体溶解氧可达到饱和甚至过饱和状态,而底层水体却呈现缺氧状态;pH值在5～6月底层水体有下降趋势,但大黑汀水库水体整体上偏碱性;叶绿素a在10m水深以下含量较低,全年几乎无任何变化,表层水体中叶绿素a在6月达到全年最高,在20.0μg/L及以上,超出水华爆发预警值,这是由于水温分层期间,浮游植物可以稳定的存在于适宜其繁殖的表层水体中,同时也是造成大黑汀水库夏季突发性水华爆发的主要原因。（3）水温稳定分层期间,底层水体逐渐形成缺氧环境并向上覆水体释放大量的Fe、Mn以及磷等污染物,7月份Fe和Mn离子浓度相较于6月均有大幅度升高,浓度分别为0.47mg/L和0.19mg/L,分别约为家标准限值的16倍和19倍。上、中、下层水体中TP浓度分别为0.04mg/L、0.08mg/L和0.17mg/L。造成水体底部水质恶化。当水温分层消亡瓦解时,这些污染物质随着水体对流扩散至表层,再次造成水质恶化,爆发水华事件。基于上述研究,水温分层及消亡过程对水质和浮游动植物的垂向分布产生的影响是大黑汀水库水华爆发的主要原因,因此,提出利用人控调度与曝气充氧技术两种改善措施,通过破坏水温分层结构以及向底部水体补充氧气的方式,破坏浮游藻类适宜的生长环境和抑制底泥沉积物污染物的释放,预防藻类水华的发生。

关键词：大黑汀水库 mike3 水温模拟水温分层水质响应

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厦门湾海洋微塑料迁移特性及预测研究

厦门湾海洋微塑料迁移特性及预测研究

作者：袁泽林大连理工大学

学位级别：硕士

塑料垃圾进入海洋后会在光降解等作用下分解成微塑料,海洋微塑料会在复杂的水动力因素下进行迁移运动,对海洋生态系统和海洋经济造成极大威胁。厦门作为我国东南沿海重要城市,工业的快速发展对沿海环境造成了巨大压力,大量的塑料垃圾和... 详细信息

塑料垃圾进入海洋后会在光降解等作用下分解成微塑料,海洋微塑料会在复杂的水动力因素下进行迁移运动,对海洋生态系统和海洋经济造成极大威胁。厦门作为我国东南沿海重要城市,工业的快速发展对沿海环境造成了巨大压力,大量的塑料垃圾和微塑料被排入临近的厦门湾。微塑料在海洋动力因素下的迁移运动是影响其扩散和分布的重要因素,因此研究厦门湾区域海洋微塑料的迁移模型可为海洋环境治理提供理论依据和参考。本文基于mike3建立厦门湾三维水动力模型,考虑入海径流、风速等影响,通过潮汐和潮流的实测数据对水动力模型进行验证。结果表明该模型的精度与实测值较为符合要求,可以体现实际情况下厦门湾的三维水动力特性,为微塑料扩散模型提供动力场。本文将海洋微塑料按照垂向分布的不同分为漂浮微塑料、悬浮微塑料和沉积微塑料,根据不同的迁移分布特征分别建立了漂浮、悬浮微塑料的迁移扩散模型,提出了厦门湾沉积微塑料通量变化的经验公式。在模型正确验证的基础上模拟了不同工况下漂浮微塑料和悬浮微塑料的分布特征和迁移规律,对沉积物微塑料的通量进行了预测。结果表明:漂浮微塑料的迁移与风和流的响应关系密切,在风的作用下微塑料在岸线产生堆积,在不利风、常风向和最大风的风况下微塑料会更集中的分布。不同污染源对厦门湾微塑料分布的贡献不同,处在开阔水域且潮流较强的区域污染源释放的漂浮微塑料扩散的速率更大。悬浮微塑料的垂向分布呈现由海面向下指数式下降的分布特征,水平迁移分布与潮流运动相关,流速小的区域微塑料更容易堆积使局部浓度升高,悬浮微塑料的扩散速率也与微塑料颗粒的物理性质有关,沉降速度小的微塑料在水中悬浮的时间更长,更容易被传输到距离污染源更远的地方。沉积微塑料通量的增长规律近似为线性变化,通量大小与厦门塑料产量和厦门湾的水动力特性相关。由沉积微塑料经验公式进行预测,在2050年厦门湾沉积物微塑料通量会达到约10～7个/m。

关键词：海洋微塑料迁移特性水动力厦门湾 mike3

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方柱绕流的PIV实验及数值研究

方柱绕流的PIV实验及数值研究

作者：杨继忠上海海洋大学

学位级别：硕士

方柱绕流现象广泛存在于桥梁工程、海洋工程和城市建设等工程科学领域中,例如桥墩、石油开采平台、城市高层建筑以及拦污栅等。它包含了分离、再附、回流与旋涡脱落等复杂流动现象,全面深入地研究方柱周围的流场特性对人们解决相关实践... 详细信息

方柱绕流现象广泛存在于桥梁工程、海洋工程和城市建设等工程科学领域中,例如桥墩、石油开采平台、城市高层建筑以及拦污栅等。它包含了分离、再附、回流与旋涡脱落等复杂流动现象,全面深入地研究方柱周围的流场特性对人们解决相关实践工程中的问题具有重要意义。本文首先简单回顾了近年来国内外学者对方柱绕流特性的研究,然后采用物理模型实验与数值模拟相结合的方法,从理论上对水体中方柱绕流的流场特性进行了更深入的研究。物理实验部分重点研究了不同来水流量情况下的方柱绕流流场特征。主要从方柱上游、左右两侧和下游的时均流场以及方柱下游的瞬时流场四个方面对实验结果进行了分析。其主要结论为:(1)增大流量对方柱上游时均流场的影响,表现为对低流速区域分布影响较小,而对较高流速区域分布的影响较大;(2)在方柱左右两侧分别形成了一个顺时针和逆时针的涡流,在该涡流远离壁面处形成了高流速区域,且该区域内的流速随着流量的增大而增大,但其相对特征流速的增幅随流量的增大反而减小;(3)在方柱下游形成了两个左右对称、旋转方向相反的涡流,且流量的增大对回流区的长度影响很小,该回流区的长度基本与方柱边长为等量级关系但略大于方柱边长;(4)在瞬时流态方面,方柱下游水流呈周期性摆动,计算下游水流摆动周期并进一步计算斯特劳哈尔数,本实验获得的斯特劳哈尔数和前人实验获得的斯特劳哈尔数符合较好。数值模拟部分,本文按物理模型相同的尺寸大小,采用mike3建立方柱绕流的三维数值模型。并通过实测的流速和水位数据对数值模型进行了验证,验证结果符合较好。在此基础上,对物理模型同种工况再进行了数值模拟分析计算,并与实验结果进行了对比,结果表明:(1)在方柱上游的时均流场中,两者低流速区和高流速区的分布较为一致,且水流沿流动方向越靠近迎流面处流速越小,并逐渐分为左右两侧流动;(2)在方柱左右两侧的时均流场中,均分别形成了顺时针和逆时针的漩涡,流场分布情况基本一致;(3)在方柱下游的时均流场中,均形成了回流区和两个对称的涡流,且两者回流区的长度基本吻合;(4)对数值模型计算出的方柱下游连续时刻的流速矢量图分析表明,方柱下游的水流亦呈周期性摆动,并伴有左右两侧涡流的交替脱落,其摆动周期和斯特劳哈尔数与由物理模型结果计算得到的周期及斯特劳哈尔数差异较小,说明本次数学模型模拟的结果也是正确的。

关键词： PIV 方柱绕流斯特劳哈尔数水槽实验 mike3

龙羊峡水库水温模拟及其对下游河道水温影响研究

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龙羊峡水库水温模拟及其对下游河道水温影响研究

作者：曹永中西安理工大学

学位级别：硕士

大型深水库的水温模拟是水电工程研究需要的重要内容之一,对于水资源合理开发利用的可持续发展具有重要意义。本文在总结前人研究成果的基础上,运用mike3软件中k-ε/Smagorinsky混合紊流模型方程对龙羊峡水库库区水温和下游河道水温进... 详细信息

大型深水库的水温模拟是水电工程研究需要的重要内容之一,对于水资源合理开发利用的可持续发展具有重要意义。本文在总结前人研究成果的基础上,运用mike3软件中k-ε/Smagorinsky混合紊流模型方程对龙羊峡水库库区水温和下游河道水温进行模拟,分析了水库水温分层的形成、发展和变化规律,并总结了水库水温分层的规律,取得了如下研究成果:(1)本文运用k-ε/Smagorinsky混合紊流模型方程进行模拟计算。计算结果良好,符合实测水温的分布规律。(2)龙羊峡水电站水温结构属于典型稳定分层型。库区坝前水体水温分层具有明显的季节性。5-10月来水温度较高,水温分层,由于气温高,呈现上层温度高下层温度低的状态;11月开始,库区上游来水温度逐渐降低,流量迅速减小,使水体处于混合状态,表层水温随着气温的降低而降低。4-9月龙羊峡水库下泄水温低于天然河道来水水温,水温温差最大发生在5月,为-8.09℃,温差最小发生在9月,为-0.7℃;10-3月,水库下泄水温高于天然河道来水水温,最大温差发生在12月,为7.71℃,最小温差发生在3月,为0.59℃。(3)龙羊峡水电站下泄水温与建库前的天然河道相比,有一定程度的变化。水库建成后将使得其下泄水温的年内变化幅度比天然河道有所减小。这是符合一般的大中型水库下泄水温规律。龙羊峡水库坝前垂向分布呈现明显的季节性变化,5-12月,龙羊峡水库坝前呈现稳定分层,其中0-50米水深的水温相对较高的表层,5月份水温递减率达0.0448℃/m;50-80m水深之间坝前出现了较为明显的温跃层,水温梯度达到最大值,其中8月的水温梯度达0.313℃/m,为该层各月的峰值;80m以下水温随水深变化很小,为滞温层。(4)龙羊峡水库水体下泄后,到贵德水文站之前都已经恢复到建库前的天然河道水温。各月影响下游河道的长度分别为:10km、15km、20km、2km、60km,、60km、30km、50km、30km、1km、15km、25km。因此,龙羊峡水库对下游41km处的尼那水电站只在5、6、8三个月有影响。

关键词：龙羊峡水库水温模拟 mike3

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三峡成库后洛碛河段鱼类越冬特性研究

三峡成库后洛碛河段鱼类越冬特性研究

作者：戴卓重庆交通大学

学位级别：硕士

三峡水库蓄水后,变动回水区水沙条件发生较大改变,这导致洛碛河段鱼类生境发生改变,影响鱼类的栖息越冬。因此,本文主要基于实测资料分析、现场测量及数值模拟,在分析三峡成库后泥沙淤积分布和水文变化的基础上,分别探讨了三峡变动回水... 详细信息

三峡水库蓄水后,变动回水区水沙条件发生较大改变,这导致洛碛河段鱼类生境发生改变,影响鱼类的栖息越冬。因此,本文主要基于实测资料分析、现场测量及数值模拟,在分析三峡成库后泥沙淤积分布和水文变化的基础上,分别探讨了三峡变动回水区水质变化对鱼类栖息及水文变化对鱼类越冬场的影响,以期对三峡成库后洛碛河段鱼类越冬特性有总体性的认识。研究结果如下所示:（1）三峡成库后,泥沙淤积的变化影响着TP、AN及Pb、Cu的时空分布特征。随着三峡水库的蓄水,库区泥沙淤积不断增加,水体中TP、AN及Pb、Cu也随之不断减少;同时,三峡水库成库后,从库尾到库首泥沙淤积逐渐增大,TP、AN及Pb、Cu浓度则随之不断降低,且越接近大坝TP、AN及Pb、Cu浓度越低;（2）三峡成库后变动回水区水质变化为鱼类营造了较适宜的栖息生境。（3）基于数值模拟结果可知,冬季三峡变动回水区表面处水温相对较小,水温沿水深增大而有所升高,且深度越大,维持较高水温的深度（等温层）也越厚;三峡成库后变动回水区流速大大降低,表面处流速相对较大,越接近河床,流速越缓,且水深越深,其底部维持低流速的水层也越厚。（4）三峡水库成库后,变动回水区水深增大,且维持大水深时间也大大增加,这为进入变动回水区洛碛河段越冬的不同鱼类提供了不同的栖息水层。整体而言,三峡成库后变动回水区的水沙条件为鱼类营造了较适宜的栖息越冬生境。一方面,变动回水区水质变化为鱼类营造了较适宜的栖息环境,洛碛河段鱼群适应在此水体环境中栖息生存;另一方面,变动回水区水文变化为进入洛碛河段越冬栖息的鱼类创造了不同温度、流速的栖息水层,鱼群可选取温度及流速适宜的水层栖息越冬。

关键词：三峡变动回水区洛碛河段水沙条件变化 mike3 鱼类栖息越冬特性

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大伙房水库流场及水温分布的数值模拟研究

大伙房水库流场及水温分布的数值模拟研究

作者：王辉大连理工大学

学位级别：硕士

大伙房水库位于辽宁省抚顺市东部,是一座以防洪、灌溉、供水为主兼具发电、养鱼等多种功能的水利枢纽工程。本文采用数值模拟的方法对大伙房水库的水动力特征以及温度分布的影响因素进行了研究。本文首先利用基于非结构化网格的mike3水... 详细信息

大伙房水库位于辽宁省抚顺市东部,是一座以防洪、灌溉、供水为主兼具发电、养鱼等多种功能的水利枢纽工程。本文采用数值模拟的方法对大伙房水库的水动力特征以及温度分布的影响因素进行了研究。本文首先利用基于非结构化网格的mike3水动力模型,综合考虑风力作用、表层热通量以及入库径流等各种因素,建立了大伙房水库三维水动力模型。通过测站水位和温度模拟值与实测值之间的对比验证了所建立的模型。基于验证好的模型,对大伙房水库的流场进行了数值模拟研究,分析了径流和库区风场对于水库流场结构的影响。结果表明风是影响大伙房水库流场结构的主要因素之一,其对表层水体流速影响很大,并会在水库中层和底层产生补偿流态,而吞吐流对库区内水流结构影响较小。对大伙房水库的温度场进行了数值模拟研究,分析了入库流量和库区风场对于水库温度分布的影响。模拟结果显示垂向上大伙房水库为水温分层型水库,夏季时水库水温处于稳定的分层状态,秋季时水温不分层;水平方向上春季水库水体温度从上游至坝前区域递减,秋季时库区内水温从上游至坝前区域逐渐升高。分析结果表明风力作用会加强水库表面温水层与下层水体之间的交换,使表层水温降低,底层水温升高。入库流量的增大会使水库表层和底层水温同时升高,在一定程度上削弱温度分层。

关键词： mike3 大伙房水库三维数值模拟流场水温

峡谷分层型水源水库季节性水质响应特征及水质模拟研究

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峡谷分层型水源水库季节性水质响应特征及水质模拟研究

作者：谭欣林西安建筑科技大学

学位级别：硕士

为研究峡谷分层型水源水库水体热分层的水质响应特征及其变化规律,对西安市黑河金盆水库的水温、溶解氧、叶绿素a、氮磷营养盐及铁锰等水质指标进行持续的现场监测,并且在此基础上研究了扬水曝气系统对水体等温层需氧量的影响及人工强... 详细信息

为研究峡谷分层型水源水库水体热分层的水质响应特征及其变化规律,对西安市黑河金盆水库的水温、溶解氧、叶绿素a、氮磷营养盐及铁锰等水质指标进行持续的现场监测,并且在此基础上研究了扬水曝气系统对水体等温层需氧量的影响及人工强制混合与自然混合的衔接条件。同时运用mike3模拟软件建立了黑河金盆水库的三维溶解氧和高锰酸盐指数的水质模型,引入RSMSobol方法探究模型的参数敏感性。得到主要成果以及结论如下:(1)黑河金盆水库属于典型的峡谷分层型水源水库,4月水体处于热分层状态,温跃层及等温层分界明显。热分层稳定时期垂向溶解氧也呈现一定的“氧分层”,底层无氧区域(DO=0 mg/L)厚度最高达到13.82 m,等温层缺氧区域(DO≤2mg/L)厚度也达到了19.63 m。长时间的厌氧环境导致底部沉积物中营养盐及金属离子向上覆水体释放,总氮、总磷浓度最高上升至1.55 mg/L和0.042 mg/L,总铁、总锰浓度最高达到了0.39 mg/L和0.15 mg/L。因此抑制水体内源污染物释放,改善水体溶解氧分层是保障供水安全的关键。(2)对黑河金盆水库水体的相关水质指标进行系统聚类分析,结果表明垂向水体密度梯度0.02 kg/m最能代表水体温跃层位置,2014016年扬水曝气系统的运行对设计等温层需氧量的影响不明显,相关性较弱,但平均等温层需氧量有显著的降低,从2722.1752 kg/d降低至1316.2997 kg/d。这表明长期运行扬水曝气系统会降低平均等温层需氧量,从而减少人工强制混合时期所需提供的氧气量,降低系统的运行负荷。(3)通过对比分析水库近三年人工强制混合时期水体的温度及溶解氧变化,发现人工强制混合结束时温跃层的位置和厚度对后期自然混合影响较大,温跃层会阻碍下层水体的氧传质,前期扬水曝气系统补充的溶解氧也会很快被消耗,等温层重新进入缺氧状态。分析表明加快温跃层下潜,并使温跃层深度下降到距底部2m处,可以使得人工强制混合与自然混合较好地衔接。(4)基于mike3软件建立了金盆水库的DO/COD模型,该模型得到的溶解氧实测值与模拟值的平均相对误差为7.00%,高锰酸盐指数的平均相对误差为9.82%。并应用基于Morris法的RSMSobol法对影响溶解氧及高锰酸盐指数的因素进行定量全局性敏感性分析,结果表明不同水深条件下参数的敏感性差异较大,总敏感度与一阶敏感度具有较好的一致性;温度的相关参数对表层水体的DO/COD影响较为显著,在模型率定时应当优先考虑。随着水深的增加,温度对模型的影响逐渐减弱,高锰酸盐指数一阶降解速率(K)成为贡献最大的参数。(5)应用金盆水库溶解氧模型模拟研究了扬水曝气系统的充氧过程及充氧能力。结果表明,系统运行能够有效地改善水体氧分层现象,对水库底层水体充氧效果显著,并且能够提前17天左右结束由于水体热分层导致的底层缺氧现象。系统的运行能大幅增加底层溶解氧,同时使中上层水体溶解氧也增长10%0%左右,其强制混合和充氧功能能够有效的增加水体的溶解氧,起到抑制内源污染物释放、持续改善水质的作用。

关键词：热分层等温层需氧量 mike3 参数敏感性分析扬水曝气系统

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水体中污染物浓度场的水槽实验及数值模拟

水体中污染物浓度场的水槽实验及数值模拟

作者：王晓莉上海海洋大学

学位级别：硕士

研究环境污染问题，人们最关心的是污染物在空间的分布。水体中污染物浓度场是衡量水体被污染程度的重要指标，因此成为当前环境工作者研究的热点之一。本文通过水槽物理实验和数值模拟相结合的方法，对水体中污染物浓度场的扩散特征进... 详细信息

研究环境污染问题，人们最关心的是污染物在空间的分布。水体中污染物浓度场是衡量水体被污染程度的重要指标，因此成为当前环境工作者研究的热点之一。本文通过水槽物理实验和数值模拟相结合的方法，对水体中污染物浓度场的扩散特征进行研究。物理实验部分，用示踪粒子模拟水体中的污染物，利用PIV流动显示技术和MATLAB图像处理技术实现了对图像粒子浓度的测量。同时，结合PIV同步测量的速度信息，可以实现对浓度场的水动力分析。该成果可为污染物浓度场扩散规律及其机制研究提供一种方法。首先，配置不同浓度的液体，利用PIV技术和MATLAB技术依次测量其图像粒子浓度，绘制实际粒子浓度和图像粒子浓度的关系曲线，实现对两者的标定。考虑到恒流泵对流经液体浓度的影响，特对经过恒流泵后原液的实际浓度进行了测量，以提供准确的实验数据。接着，设计了不同水槽进口流量和水位条件下污染物浓度场的水槽实验，从PIV图像、平均浓度和浓度等值线三个方面，分别分析了水流动力条件对浓度场扩散的影响。结果显示：①保持水槽内水位不变，加大水槽进口流量，会加大水流流速，增强水动力对粒子的冲散作用，使得粒子分布范围扩大、整个区域平均浓度减小、浓度等值线数值减小;②在水槽进口流量一定的情况下，抬高水位，会减小水流流速，减弱水动力对粒子的冲散作用，使得粒子分布范围减小、整个区域平均浓度增大、浓度等值线数值增大。同时，利用PIV测得的速度等值线图与计算的浓度等值线图对照发现，在同一个纵断面，由于水流流速的不同，浓度值也不相同，在速度大的区域，粒子浓度小;反之亦然。从而实现了对浓度场扩散内部机制的分析。然后，根据MATLAB统计出的粒子面积，求出粒子粒径。对不同阈值时粒子粒径的分布结果进行对比发现，二值化阈值的不同，不仅造成粒子粒径范围的不同，而且也造成相应粒径范围内粒子个数的不同，再次证明二值化阈值的重要性。对不同实际浓度液体粒子粒径频数分布以及粒径统计参数Dv0.5和Dv0.9的统计发现，随着液体浓度的加大，粒径变化范围逐渐缩小，粒子更加集中分布于小粒径范围内。最后，利用mike3的水动力模块和水质模块对水体中污染物浓度场进行数值模拟，并用水槽实验结果对模拟结果进行验证，拟合较好。在此基础上，分别模拟了不同工况下测量纵断面上浓度的变化情况，得出水动力增强，污染物扩散范围增大，浓度减小的结论。

关键词：水污染浓度场 PIV MATLAB mike3

峡谷分层型水源水库水质变化特征及水温结构模拟研究

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峡谷分层型水源水库水质变化特征及水温结构模拟研究

作者：龙圣海西安建筑科技大学

学位级别：硕士

为了研究黑河金盆水库水体热分层的季节性变化规律及其水质的响应特征,探究不同气象、水力因子及水库运行方式对水库水体热分层结构的影响,对黑河金盆水库水温、溶解氧、电导率和氮磷等水质指标进行了持续的现场监测,并运用mike3模拟软... 详细信息

为了研究黑河金盆水库水体热分层的季节性变化规律及其水质的响应特征,探究不同气象、水力因子及水库运行方式对水库水体热分层结构的影响,对黑河金盆水库水温、溶解氧、电导率和氮磷等水质指标进行了持续的现场监测,并运用mike3模拟软件建立三维水温模型,模拟出了黑河金盆水库水温的季节性变化过程。得到的主要成果和结论如下:(1)黑河金盆水库为大水深的峡谷分层型水库,全年水体分层为单循环混合模式。4-6月为水库热分层形成时期,7-9月为水库稳定分层时期,水质也相应的呈现出稳定的分层现象;10-12月为分层消亡时期;1-3月为水库完全混合时期,上下层水体各项水质指标呈均一分布。(2)基于mike3软件构建了黑河金盆水库三维水温模型,并运用实测水温数据进行了率定和验证,所建立的模型能够较好地反映出水库的水温季节性变化规律,由该模型得出的水温计算值与现场监测的实测值平均相对误差为1.3%,最大相对误差为5.4%。(3)运用所建立的水库三维水温模型,探究了气象及水力因子对水库水温结构的影响。结果表明:气温升高、太阳短波辐射增强及入库流量的减小均会增大水库潜在势能APE值,增强金盆水库的热分层稳定性,反之,则会减弱热分层的稳定性;高气温能使水库提前15天开始分层,混合时间相对延迟了6天;在分层稳定的7月,高气温条件下水库温跃层深度减小到了1.62m,厚度和强度则分别增大到53.67m和0.46℃/m;低气温条件下的温跃层深度增大到了3.25m,厚度和强度则分别减小至50.23m和0.24℃/m。水库分层时期,上游来水温度增加或减小会导致均温层水温相应的增加或减小,而温跃层则没有明显变化。(4)汛期泄洪洞相对高程位置的改变会对水库水温结构有显著的影响。泄洪洞中孔相对高程位置上移10m将引起温跃层厚度减小5m,温度梯度也相应增大0.02℃/m;反之,泄洪洞中孔相对高程位置下移10m则会导致温跃层厚度增加5m,温度梯度随之减小0.02℃/m。取水口高程位置的变化会导致水库温跃层相应的变化,随着取水口位置的上移,垂向水体水温整体下降,反之,水库整体水温上升。随着取水口位置的下移,各工况温跃层位置下移,温跃层厚度增大,强度减小,均温层厚度随着取水口位置高程的减小而减小。(5)将扬水曝气系统运行期间的实测水库水温与同时期模拟的自然状态下的水库水温进行对比分析,结果表明,扬水曝气系统运行能有效的打破水体分层,使水库约提前2个月混合,实现了扬水曝气系统运行与诱导自然混合过程的衔接,延长了水质改善作用时效。

关键词：水温结构水质改善 mike3 热分层扬水曝气