本文關(guān)鍵詞：基于EFDC模型的龍景湖死水區(qū)水動(dòng)力數(shù)值模擬研究

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【摘要】：湖庫(kù)水體惡化是現(xiàn)今社會(huì)面臨的嚴(yán)峻問題,湖庫(kù)中湖灣水體流動(dòng)速度慢,流動(dòng)性差,水質(zhì)惡化更加嚴(yán)重。水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型是環(huán)境工程領(lǐng)域?qū)λw進(jìn)行水動(dòng)力研究的重要方法,并且在湖庫(kù)研究中得到了較為廣泛的應(yīng)用。龍景湖形狀非常不規(guī)則,整體形狀呈細(xì)長(zhǎng)形,分布著大量大小不一的湖灣分岔,湖灣內(nèi)水體流動(dòng)性差、水流速度基本為零,水質(zhì)較差。參考大量文獻(xiàn)和資料確定了流速小于0.1m/s的水域?yàn)樗浪畢^(qū),通過對(duì)湖區(qū)進(jìn)行流速監(jiān)測(cè)確定了凌云橋附近的一處湖灣作為研究對(duì)象,采用潛水推流器以改善水體流動(dòng)性,進(jìn)而改善水體水質(zhì)。湖灣底部地形復(fù)雜、岸邊界不規(guī)則,潛水推流器安裝位置不同,其產(chǎn)生的流場(chǎng)受到的影響也不同,為了探究潛水推流器在不同位置時(shí)對(duì)試驗(yàn)水域的水動(dòng)力影響程度,本文利用EFDC(環(huán)境流體動(dòng)力學(xué)模型)模型構(gòu)建了龍景湖死水區(qū)水動(dòng)力數(shù)值模型進(jìn)行該研究,主要結(jié)論如下:(1)為了獲得更加準(zhǔn)確的模擬結(jié)果,需對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證,選定的7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的流速模擬相對(duì)誤差分別為5.27%、12.24%、8.76%、11.62%、10.30%、20.91%、24.53%,7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水位模擬相對(duì)誤差均小于1%。(2)潛水推流器布點(diǎn)需考慮3點(diǎn):1)潛水推流器產(chǎn)生的軸向推進(jìn)、徑向擴(kuò)散的射流流場(chǎng)2)浮游植物在垂向上的分布特征;3)潛水推流器對(duì)水體底部的擾動(dòng)作用�；谝陨咸攸c(diǎn)確定了三套布點(diǎn)方案,方案一布點(diǎn)位置為研究水域兩側(cè)凸岸的中間點(diǎn),方案二的布點(diǎn)位置是在方案一的基礎(chǔ)上向北邊岸邊移動(dòng)5m后的位置,方案三的布點(diǎn)位置是方案一的布點(diǎn)位置與西側(cè)凸岸布點(diǎn)位置的中間點(diǎn)。(3)利用EFDC對(duì)三套方案進(jìn)行水動(dòng)力模擬得到了潛水推流器在不同安裝位置的模擬流速分布圖,模擬時(shí)間區(qū)間內(nèi)第二天、第五天和第八天的流速模擬圖相似度達(dá)到了95%以上,說明潛水推流器穩(wěn)定運(yùn)行后,其產(chǎn)生的流場(chǎng)基本不變;模擬流速衰減速率逐漸降低,沿推進(jìn)方向的徑向流速也呈逐漸降低的趨勢(shì),且徑向流速衰減速率遠(yuǎn)大于軸向流速衰減速率。經(jīng)計(jì)算方案一的模擬流場(chǎng)分布圖長(zhǎng)約45.2m,寬約10.7m,面積約362m2;方案二的模擬流場(chǎng)分布圖長(zhǎng)約40.3m,寬約9.7m,面積約311m2;方案三的模擬流場(chǎng)分布圖長(zhǎng)約為39.3m,寬約為9.8m,面積約307m2,三套方案的最大模擬流速分別為0.724m/s、0.6129m/s、0.4962m/。為最大程度地改善死水區(qū)水動(dòng)力條件,分析三套方案模擬流場(chǎng)圖后,將方案一作為模擬最優(yōu)布點(diǎn)方案。(4)利用實(shí)測(cè)流速數(shù)據(jù)繪制三套方案的實(shí)測(cè)流速分布圖,流速監(jiān)測(cè)時(shí)受到推流器和風(fēng)場(chǎng)對(duì)船的推移作用以及風(fēng)場(chǎng)對(duì)水面的干擾使實(shí)測(cè)流速小于模擬流速,并且對(duì)低流速水域測(cè)定時(shí)影響程度更大使其等高線呈現(xiàn)明顯的“鋸齒”形,三套方案的實(shí)測(cè)最大流速分別為0.61m/s、0.55m/s、0.48m/s,通過計(jì)算,方案一的實(shí)測(cè)流速分布圖長(zhǎng)約40.5m、寬約9.4m、面積約321m2;方案二的實(shí)測(cè)流速分布圖長(zhǎng)約37m、寬約8.5m、面積約287m2;方案三的實(shí)測(cè)流速分布圖長(zhǎng)度約35.5m,寬約9.1m,面積約276m2;實(shí)測(cè)得到的最優(yōu)布點(diǎn)為方案一。(5)為考量不同水動(dòng)力條件對(duì)水體水質(zhì)影響程度,對(duì)三套方案進(jìn)行了水質(zhì)檢測(cè),推流器采用方案一的布點(diǎn)方式產(chǎn)生的流速最大,流場(chǎng)范圍也最大,對(duì)死水區(qū)擾動(dòng)程度也最大,對(duì)湖灣富氧率平均達(dá)到了15%,而方案二和方案三僅為3%和5%左右;推流器擾動(dòng)水體產(chǎn)生的剪切作用抑制浮游植物的生長(zhǎng)繁殖,湖灣內(nèi)葉綠素a含量低于對(duì)照點(diǎn)葉綠素a含量,且方案一中葉綠素a去除率平均為32%左右,而方案二和方案三分別為14%和6%;推流器的復(fù)氧效果使水體含氧量增加,微生物活性和活動(dòng)力增強(qiáng),湖灣中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽含量和高錳酸鹽指數(shù)均低于對(duì)照點(diǎn)的含量,方案一流速最大,復(fù)氧效果最好,其氨氮去除率較高,為33%,總氮、總磷和高錳酸鹽去除率相對(duì)較低,分別為18.9%、15.3%、22%,方案二和方案三水流速度相對(duì)方案一較低,其氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽和高錳酸鹽指數(shù)去除率相對(duì)較低。通過上述結(jié)論得,模擬得到的最優(yōu)點(diǎn)與實(shí)測(cè)得到的最優(yōu)點(diǎn)吻合,方案一為最優(yōu)布點(diǎn)方式。
【關(guān)鍵詞】：EFDC 潛水推流器 死水區(qū) 水動(dòng)力模型
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X143;X524
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 緒論10-20
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展11-16
• 1.2.1 水動(dòng)力學(xué)數(shù)值模型的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)11-12
• 1.2.2 常用的水動(dòng)力數(shù)值模擬軟件12-14
• 1.2.3 國(guó)內(nèi)外湖庫(kù)水質(zhì)保障技術(shù)14-16
• 1.3 課題研究?jī)?nèi)容、目的、意義及技術(shù)路線16-20
• 1.3.1 研究目的與意義16-17
• 1.3.2 課題研究?jī)?nèi)容17-18
• 1.3.3 技術(shù)路線18-19
• 1.3.4 研究來源19-20
• 2 基于EFDC的龍景湖死水區(qū)模型構(gòu)建20-34
• 2.1 EFDC模型介紹20-21
• 2.1.1 EFDC模型的功能模塊構(gòu)成及適用范圍20-21
• 2.1.2 EFDC模型的主要輸入輸出文件類型21
• 2.2 EFDC模型控制條件及水動(dòng)力模塊使用流程21-27
• 2.2.1 EFDC模型的主控方程22-24
• 2.2.2 EFDC模型的水動(dòng)力方程的離散求解24-27
• 2.2.3 EFDC模型水動(dòng)力模塊的使用流程27
• 2.3 龍景湖死水區(qū)域選定及網(wǎng)格劃分27-33
• 2.3.1 龍景湖死水區(qū)域選定27-30
• 2.3.2 模型計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格劃分30-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 3 基于EFDC的龍景湖死水區(qū)水動(dòng)力模擬及優(yōu)化布點(diǎn)34-52
• 3.1 水動(dòng)力模擬初始條件及參數(shù)設(shè)定34-37
• 3.1.1 水動(dòng)力模擬初始條件和邊界條件34-36
• 3.1.2 水動(dòng)力模擬相關(guān)參數(shù)36-37
• 3.2 水動(dòng)力模型驗(yàn)證37-47
• 3.2.1 水動(dòng)力模型啟動(dòng)38-39
• 3.2.2 流速驗(yàn)證39-43
• 3.2.3 水位驗(yàn)證43-47
• 3.3 潛水推流器布點(diǎn)47-50
• 3.3.1 潛水推流器布點(diǎn)依據(jù)47-49
• 3.3.2 潛水推流器布點(diǎn)優(yōu)化方案49-50
• 3.4 本章小結(jié)50-52
• 4 龍景湖死水區(qū)水動(dòng)力及水質(zhì)影響分析52-78
• 4.1 龍景湖死水區(qū)流場(chǎng)模擬結(jié)果分析52-58
• 4.1.1 方案一的模擬流場(chǎng)分布圖及流場(chǎng)分布規(guī)律52-53
• 4.1.2 方案二的模擬流場(chǎng)分布圖及流場(chǎng)分布規(guī)律53-55
• 4.1.3 方案三的模擬流場(chǎng)分布圖及流場(chǎng)分布規(guī)律55-57
• 4.1.4 確定最優(yōu)布點(diǎn)方案57-58
• 4.2 龍景湖死水區(qū)實(shí)測(cè)流場(chǎng)結(jié)果分析58-60
• 4.2.1 方案一實(shí)測(cè)流場(chǎng)分布圖及分布規(guī)律58-59
• 4.2.2 方案二的實(shí)測(cè)流場(chǎng)分布圖及分布規(guī)律59
• 4.2.3 方案三的實(shí)測(cè)流場(chǎng)分布圖及分布規(guī)律59-60
• 4.3 水動(dòng)力條件對(duì)龍景湖死水區(qū)水質(zhì)影響分析60-77
• 4.3.1 溶解氧變化分析61-64
• 4.3.2 葉綠素a變化分析64-66
• 4.3.3 氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽變化分析66-74
• 4.3.4 高錳酸鹽指數(shù)變化分析74-77
• 4.4 本章小結(jié)77-78
• 5 結(jié)論與建議78-80
• 5.1 結(jié)論78-79
• 5.2 建議79-80
• 致謝80-82
• 參考文獻(xiàn)82-88
• 附錄88-89
• A 作者在攻讀碩士學(xué)位期間獲得的科研成果88-89
• B 符號(hào)說明89

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本文編號(hào)：586069