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闸坝对重污染河流水质水量影响的实验与模拟研究

作　者: 刘子辉
导　师: 左其亭
学　校: 郑州大学
专　业: 水文学及水资源
关键词: 闸坝重污染河流水质水量影响实验与模拟
分类号: X522
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 70次
引　用: 2次
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内容摘要

水是人类不可缺少的宝贵资源,在河流上修建闸坝能够提高水资源利用效率。然而,过多闸坝的存在改变了天然河流的水流状态,使河流水体自净能力降低。枯水期河流上游和支流经常蓄积大量的工业废水和生活污水,汛期开闸泄洪导致污染团集中下泄,这种不合理的闸坝调度方式导致突发性水污染事件频频发生。为了解决多闸坝重污染河流的突发性水污染问题,有必要研究闸坝影响下重污染河流的水质时空变化规律,探索闸坝对河流水质水量的作用机理。为解决上述问题,本文开展了以下几个方面的具体工作：(1)闸坝对河流水质水量影响的实验研究：选择代表性闸坝槐店闸开展实地的闸坝调控影响实验,通过两次系统的实验,分析枯水期和丰水期不同闸坝调度方式下的水体和底泥污染物迁移转化规律。(2)闸坝对河流水质水量影响的模拟研究：将研究河段以闸门为分割点分为闸上闸下两部分区域,基于SMS软件中的RMA2模块建立闸坝作用影响下的二维水动力学模型,基于RMA4模块建立考虑闸坝调控和包含底泥污染的二维水质模型。根据闸坝调控影响实验得到的各种调度情景下水质数据及水文资料,对上述闸坝调控作用下的水动力——污染物迁移模型率定参数,检验应用效果。(3)闸坝对河流水质水量影响的机理研究：基于闸坝调控影响实验与模拟,一方面分析研究河段由于闸门的存在形成的复杂流速场对水质水量产生的影响,另一方面分析水体流速的变化引起污染物在气相、水相、固相、生物相之间的相互迁移转化过程,进而探讨闸坝对河流水质水量影响的作用机理。结果表明：闸坝对污染河流水质水量的影响作用呈现复杂的非线性关系；闸坝调度对河流水质水量产生一定影响,不同的调度方式和闸门开度对水质水量影响作用范围和大小不同,原因在于调度方式的改变造成流速场发生变化,污染物在水体一沉积物多相界面之间相互转化,关闸蓄水时污染物的迁移转化以沉降作用为主,开闸泄水时污染物的迁移转化以再悬浮作用为主。本文是重污染河流水质水量联合调度作用机理研究的一次有益探索,为闸坝调度的作用范围及对河流水质水量的调控能力研究奠定了研究基础,为水质水量联合调度的实施提供了科学依据。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-11
引言  11
1 绪论  11-20
  1.1 研究背景及意义  11-13
    1.1.1 研究背景  11-12
    1.1.2 研究意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-17
    1.2.1 国外研究现状及趋势  13-14
    1.2.2 国内研究现状及趋势  14-16
    1.2.3 亟待解决的问题  16-17
  1.3 本文主要研究内容  17-18
    1.3.1 闸坝对河流水质影响的实验研究  17
    1.3.2 闸坝对河流水质影响的模拟研究  17-18
    1.3.3 闸坝对河流水质水量影响的作用机理研究  18
  1.4 本文研究的技术路线  18-20
2 闸坝对河流水质水量影响的实验研究  20-45
  2.1 研究区概况  20-21
  2.2 实验方案与方法  21-25
    2.2.1 实验方案设计  21
    2.2.2 闸坝调度方式  21-22
    2.2.3 监测断面及采样点  22-24
    2.2.4 监测时间及频次  24
    2.2.5 监测取样过程  24-25
    2.2.6 实验仪器与监测方法  25
  2.3 实验结果与分析  25-44
    2.3.1 枯水期闸坝调控实验监测结果分析  25-35
    2.3.2 丰水期闸坝调控实验监测结果分析  35-41
    2.3.3 底泥监测结果分析  41-42
    2.3.4 闸坝对污染物运移规律影响分析  42-44
  2.4 小结  44-45
3 闸坝对河流水质水量影响的模拟研究  45-64
  3.1 模型方法  45-47
  3.2 二维水动力学模块RMA2  47-49
    3.2.1 RMA2模块的基本控制方程  48-49
    3.2.2 单元类型  49
  3.3 二维水质模块RMA4  49-50
    3.3.1 RMA4模块的基本控制方程  50
    3.3.2 单元类型  50
  3.4 槐店闸模型概化  50-52
    3.4.1 计算范围和网格划分  50-51
    3.4.2 模型初始条件和边界条件处理  51-52
    3.4.3 代表点选择  52
  3.5 模型参数设置  52-53
  3.6 代表点计算结果  53-57
  3.7 模型的模拟和验证  57-62
  3.8 小结  62-64
4 闸坝对河流水质水量影响的机理研究  64-74
  4.1 流速场影响作用分析  64-69
    4.1.1 闸坝作用影响下的流场分布  64-65
    4.1.2 流场分布对污染物迁移转化作用的影响  65-69
  4.2 污染物多相态转化分析  69-73
    4.2.1 水体—沉积物多相界面  69-70
    4.2.2 关闸蓄水阶段污染物转化  70-71
    4.2.3 开闸泄水阶段污染物转化  71-73
  4.3 小结  73-74
5 结论与展望  74-76
  5.1 研究结论  74
  5.2 主要成果或创新点  74-75
  5.3 研究展望  75-76
参考文献  76-79
硕士研究生期间研究成果  79-80
  1、发表的学术论文  79
  2、参加的研究课题  79-80
致谢  80

闸坝对重污染河流水质水量影响的实验与模拟研究

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