基于MIKE 21软件对人工湖运行方式的优化分析

论文摘要

近年来,我国很多城市都相继修建了城市人工湖,用以改善市民生活环境。对于资源缺水型与水质缺水型城市而言,补水方案的优劣将直接影响人工湖置换水体的有效利用率,为确保人工湖达到正常运行目标,对人工湖的补水方式进行优化研究就显得十分必要。本文基于MIKE21数值模拟软件,以海东市人工湖为研究对象,建立了二维水动力-水质模型,并对多个影响因素条件下不同补水方案的效果进行数值模拟研究。（1）结合国内外的研究进展和人工湖补水的实际需求,提出了以换水率和流速作为评价人工湖补水效果的指标,在此基础上开展多因素的补水方案评价,选出较优补水方案并结合水质模型对其补水效果进行验证;（2）通过对比不同入水口数量及不同进水形式下人工湖内的换水率及流速,发现三个入水口的方案优于单、双入水口的方案。此外,在以正对出口的3#入水口为主入水口的基础上,采用三个入水口分时段交错补水的方案比三个入水口同时补水的方案最小换水率显著增加,补水效果有所增强;（3）在引水总量一定时,比较分析了四组补水周期方案下的补水效果。结果表明:以15天作为换水周期方案的湖区换水率要显著高于补水周期为30天、6天以及3天的方案,平均换水率高达72.69%;（4）通过比较两组湖心岛形状方案下的湖区换水率以及流场,得出湖心岛的形状对人工湖内的流场有一定的影响,湖心岛的形态应当尽可能的圆润,避免出现凹凸交错的形状,否则不利于湖区水体交换;（5）通过分析东南风和北风对人工湖换水率的影响,发现风速对人工湖换水率的影响较为明显,而风向对换水率基本没有影响。且这两种风应力对湖体流场的影响较大,与无风情况相比,流速提高了3倍以上;（6）最后基于上述多参数评价下确定的较优补水方案,建立了水质模型对所选方案进行检验评价,结果表明该方案下的TN浓度被稀释了70.0%,TP浓度被稀释了68.8%。说明上述各影响因素是确定最终补水方案的关键性因素。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与研究意义
•   1.2 生态补水国内外研究进展
•   1.3 湖泊水动力和水质模型研究进展
•     1.3.1 水动力模型研究进展
•     1.3.2 水质模型研究进展
•     1.3.3 国内外常用湖泊数值模拟软件
•     1.3.4 常用数值离散方法
•   1.4 主要研究内容
•   1.5 技术路线
• 第二章 研究区域概况
•   2.1 自然地理概况
•   2.2 社会经济发展
•   2.3 区域气象条件
•   2.4 水文地质条件
•     2.4.1 地表水
•     2.4.2 地下水
•   2.5 污染源种类及源强分析
•     2.5.1 污染来源
•     2.5.2 污染物排放量
•     2.5.3 源强分析结果
•   2.6 本章小结
• 第三章 二维水动力和水质模型
•   3.1 模型的选择
•   3.2 水动力数学模型
•     3.2.1 控制方程
•     3.2.2 空间离散
•     3.2.3 时间差分
•   3.3 水质数学模型
•     3.3.1 控制方程
•     3.3.2 数值解法
•   3.4 模型建立
•     3.4.1 网格划分和地形插值
•     3.4.2 初始条件和边界条件
•     3.4.3 模型参数的选取
•   3.5 模型参数的验证
•   3.6 判别标准
•   3.7 本章小结
• 第四章 海东市人工湖补水方案数值模拟及分析
•   4.1 人工湖数值模型方案设计
•     4.1.1 入水口和出水口布置
•     4.1.2 补水方案设计
•   4.2 入水口数量对换水率的影响
•     4.2.1 单口进水补水方案
•     4.2.2 双口进水补水方案
•     4.2.3 三口进水补水方案
•     4.2.4 结论
•   4.3 进水形式对换水率的影响
•     4.3.1 数值模拟结果
•     4.3.2 优化
•     4.3.3 结论
•   4.4 换水周期对换水率的影响
•     4.4.1 数值模拟结果
•     4.4.2 结论
•   4.5 湖心岛形态对换水率的影响
•     4.5.1 数值模拟结果
•     4.5.2 结论
•   4.6 风对换水率的影响
•     4.6.1 数值模拟结果
•     4.6.2 结论
•   4.7 最优补水方案的水质模型验证
•   4.8 本章小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参加的工程项目

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 冯丹

导师: 田淳

关键词: 人工湖,引水方案,换水率,数值模拟

来源: 太原理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地球物理学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

单位: 太原理工大学

分类号: P334.92;X143;X52

总页数: 109

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