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

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【摘要】：湖庫水體惡化是現(xiàn)今社會面臨的嚴峻問題,湖庫中湖灣水體流動速度慢,流動性差,水質(zhì)惡化更加嚴重。水動力數(shù)學模型是環(huán)境工程領域對水體進行水動力研究的重要方法,并且在湖庫研究中得到了較為廣泛的應用。龍景湖形狀非常不規(guī)則,整體形狀呈細長形,分布著大量大小不一的湖灣分岔,湖灣內(nèi)水體流動性差、水流速度基本為零,水質(zhì)較差。參考大量文獻和資料確定了流速小于0.1m/s的水域為死水區(qū),通過對湖區(qū)進行流速監(jiān)測確定了凌云橋附近的一處湖灣作為研究對象,采用潛水推流器以改善水體流動性,進而改善水體水質(zhì)。湖灣底部地形復雜、岸邊界不規(guī)則,潛水推流器安裝位置不同,其產(chǎn)生的流場受到的影響也不同,為了探究潛水推流器在不同位置時對試驗水域的水動力影響程度,本文利用EFDC(環(huán)境流體動力學模型)模型構建了龍景湖死水區(qū)水動力數(shù)值模型進行該研究,主要結論如下:(1)為了獲得更加準確的模擬結果,需對模型進行驗證,選定的7個監(jiān)測點的流速模擬相對誤差分別為5.27%、12.24%、8.76%、11.62%、10.30%、20.91%、24.53%,7個監(jiān)測點的水位模擬相對誤差均小于1%。(2)潛水推流器布點需考慮3點:1)潛水推流器產(chǎn)生的軸向推進、徑向擴散的射流流場2)浮游植物在垂向上的分布特征;3)潛水推流器對水體底部的擾動作用�；谝陨咸攸c確定了三套布點方案,方案一布點位置為研究水域兩側凸岸的中間點,方案二的布點位置是在方案一的基礎上向北邊岸邊移動5m后的位置,方案三的布點位置是方案一的布點位置與西側凸岸布點位置的中間點。(3)利用EFDC對三套方案進行水動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到了95%以上,說明潛水推流器穩(wěn)定運行后,其產(chǎn)生的流場基本不變;模擬流速衰減速率逐漸降低,沿推進方向的徑向流速也呈逐漸降低的趨勢,且徑向流速衰減速率遠大于軸向流速衰減速率。經(jīng)計算方案一的模擬流場分布圖長約45.2m,寬約10.7m,面積約362m2;方案二的模擬流場分布圖長約40.3m,寬約9.7m,面積約311m2;方案三的模擬流場分布圖長約為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)水動力條件,分析三套方案模擬流場圖后,將方案一作為模擬最優(yōu)布點方案。(4)利用實測流速數(shù)據(jù)繪制三套方案的實測流速分布圖,流速監(jiān)測時受到推流器和風場對船的推移作用以及風場對水面的干擾使實測流速小于模擬流速,并且對低流速水域測定時影響程度更大使其等高線呈現(xiàn)明顯的“鋸齒”形,三套方案的實測最大流速分別為0.61m/s、0.55m/s、0.48m/s,通過計算,方案一的實測流速分布圖長約40.5m、寬約9.4m、面積約321m2;方案二的實測流速分布圖長約37m、寬約8.5m、面積約287m2;方案三的實測流速分布圖長度約35.5m,寬約9.1m,面積約276m2;實測得到的最優(yōu)布點為方案一。(5)為考量不同水動力條件對水體水質(zhì)影響程度,對三套方案進行了水質(zhì)檢測,推流器采用方案一的布點方式產(chǎn)生的流速最大,流場范圍也最大,對死水區(qū)擾動程度也最大,對湖灣富氧率平均達到了15%,而方案二和方案三僅為3%和5%左右;推流器擾動水體產(chǎn)生的剪切作用抑制浮游植物的生長繁殖,湖灣內(nèi)葉綠素a含量低于對照點葉綠素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%;推流器的復氧效果使水體含氧量增加,微生物活性和活動力增強,湖灣中氮磷營養(yǎng)鹽含量和高錳酸鹽指數(shù)均低于對照點的含量,方案一流速最大,復氧效果最好,其氨氮去除率較高,為33%,總氮、總磷和高錳酸鹽去除率相對較低,分別為18.9%、15.3%、22%,方案二和方案三水流速度相對方案一較低,其氮磷營養(yǎng)鹽和高錳酸鹽指數(shù)去除率相對較低。通過上述結論得,模擬得到的最優(yōu)點與實測得到的最優(yōu)點吻合,方案一為最優(yōu)布點方式。
【關鍵詞】：EFDC 潛水推流器 死水區(qū) 水動力模型
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 國內(nèi)外研究進展11-16
• 1.2.1 水動力學數(shù)值模型的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11-12
• 1.2.2 常用的水動力數(shù)值模擬軟件12-14
• 1.2.3 國內(nèi)外湖庫水質(zhì)保障技術14-16
• 1.3 課題研究內(nèi)容、目的、意義及技術路線16-20
• 1.3.1 研究目的與意義16-17
• 1.3.2 課題研究內(nèi)容17-18
• 1.3.3 技術路線18-19
• 1.3.4 研究來源19-20
• 2 基于EFDC的龍景湖死水區(qū)模型構建20-34
• 2.1 EFDC模型介紹20-21
• 2.1.1 EFDC模型的功能模塊構成及適用范圍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模型的水動力方程的離散求解24-27
• 2.2.3 EFDC模型水動力模塊的使用流程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 模型計算區(qū)域網(wǎng)格劃分30-33
• 2.4 本章小結33-34
• 3 基于EFDC的龍景湖死水區(qū)水動力模擬及優(yōu)化布點34-52
• 3.1 水動力模擬初始條件及參數(shù)設定34-37
• 3.1.1 水動力模擬初始條件和邊界條件34-36
• 3.1.2 水動力模擬相關參數(shù)36-37
• 3.2 水動力模型驗證37-47
• 3.2.1 水動力模型啟動38-39
• 3.2.2 流速驗證39-43
• 3.2.3 水位驗證43-47
• 3.3 潛水推流器布點47-50
• 3.3.1 潛水推流器布點依據(jù)47-49
• 3.3.2 潛水推流器布點優(yōu)化方案49-50
• 3.4 本章小結50-52
• 4 龍景湖死水區(qū)水動力及水質(zhì)影響分析52-78
• 4.1 龍景湖死水區(qū)流場模擬結果分析52-58
• 4.1.1 方案一的模擬流場分布圖及流場分布規(guī)律52-53
• 4.1.2 方案二的模擬流場分布圖及流場分布規(guī)律53-55
• 4.1.3 方案三的模擬流場分布圖及流場分布規(guī)律55-57
• 4.1.4 確定最優(yōu)布點方案57-58
• 4.2 龍景湖死水區(qū)實測流場結果分析58-60
• 4.2.1 方案一實測流場分布圖及分布規(guī)律58-59
• 4.2.2 方案二的實測流場分布圖及分布規(guī)律59
• 4.2.3 方案三的實測流場分布圖及分布規(guī)律59-60
• 4.3 水動力條件對龍景湖死水區(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77-78
• 5 結論與建議78-80
• 5.1 結論78-79
• 5.2 建議79-80
• 致謝80-82
• 參考文獻82-88
• 附錄88-89
• A 作者在攻讀碩士學位期間獲得的科研成果88-89
• B 符號說明89

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本文編號：586069