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水闸调度对河流水质作用机制及可调性研究

作　者: 郑保强
导　师: 窦明
学　校: 郑州大学
专　业: 水文学及水资源
关键词: 水闸调度闸控河段迁移转化数值模拟量化关系可调性
分类号: X522
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 91次
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内容摘要

水是人类不可缺少的宝贵资源,为了满足人类对水资源合理分配的要求,河道上修建了大量的水闸等水利工程。然而,水闸的存在改变了天然河流的水流状态,并对水体中污染物的迁移转化过程产生一定的影响。水闸对河流环境的负面影响已逐步被证实,目前,如何合理利用水闸调度改善河流水质,以及水闸调度与水质浓度变化的关系问题越来越受到研究人员的关注。本文从这些问题出发,开展了以下几个方面的具体工作：(1)闸控河段水质转化机理及数学模型研制。以关闸蓄水和开闸放水两个阶段污染物的迁移转化规律,对闸控河段水质转化关系进行分析发现：关闸蓄水时,污染物的迁移转化主要以沉降作用为主；而开闸放水时,污染物的迁移转化主要以底泥的再悬浮作用为主。在此基础上,构建了具有严格物理机制的水闸调度影响模型,包括基于水闸调控的一维水动力模型和考虑底泥作用的水环境模型,并根据实测资料对模型进行参数率定和模拟结果的验证,模型能较好的模拟上述污染物迁移转化过程。(2)水质浓度影响因子识别及量化关系研究。闸控河段水质浓度变化过程主要受上游来水条件和区间排污过程的影响,同时还受到水闸调度方式的影响。因此,在评估上述影响因子对水质浓度的影响的基础上,进一步构建了水闸调度与水质浓度、污染物负荷与水质浓度的量化关系。结果表明,闸控水质浓度变化率与水闸调度方式(闸门开度、闸门开启个数)有乘幂关系、与来水污染负荷有对数关系,间接的反映出了闸控河段水闸调度、污染负荷与水质浓度变化之间的复杂非线性关系。(3)水闸对水质改善的可调性研究。主要从可调性定义及内涵的界定,可调性判别方法展开讨论,并对槐店闸、周口闸、阜阳闸和颍上闸的可调性进行了判别,进而发现,水闸在污染负荷较大时,水闸调度对水质有较好的改善作用(即可调性较好),但污染负荷较小时,水闸调度对水质改善的可调性较差,甚至无可调性。(4)研发了闸坝调控对水质影响模拟与关系识别系统。以计算机可视化技术为支撑,运用相关理论,以实用为主要开发原则,开发出适应于水闸调度、排污及暴雨对河流水质影响模拟的软件系统。本文是水闸调度对河流水质作用机制及可调性研究的一次有益探索,为水闸调度与水质浓度变化的关系及对河流水质改善的可调性研究奠定了基础,为合理利用水闸调度改善河流水环境状况的实施提供了科学依据。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-11
1 绪论  11-18
  1.1 研究背景和意义  11-12
    1.1.1 研究背景  11-12
    1.1.2 研究意义  12
  1.2 国内外研究概况  12-14
    1.2.1 国外研究现状  12-13
    1.2.2 国内研究进展  13-14
    1.2.3 有待进一步解决的问题  14
  1.3 研究目标、内容及技术路线  14-18
    1.3.1 研究目标  14-15
    1.3.2 研究内容  15
    1.3.3 研究方法  15-16
    1.3.4 技术路线  16-18
2 闸控河段水质转化机理及数学模型研制  18-34
  2.1 常规河道水质转化机理  18-20
  2.2 闸控河段水质转化作用关系分析  20-22
  2.3 水闸调度影响模型的研制  22-32
    2.3.1 模型整体设计思路  22-23
    2.3.2 基于水闸调控的水动力学模型  23-29
    2.3.3 考虑底泥作用的水环境模型  29-32
  2.4 模型的验证  32-34
3 水质浓度影响因子识别及量化关系研究  34-54
  3.1 闸控河段水质浓度影响因子识别  34
  3.2 水闸调度对河流水质影响的评估  34-38
    3.2.1 调度情景设计  34-35
    3.2.2 情景模拟  35-37
    3.2.3 水闸调控对河流水质变化的影响分析  37-38
  3.3 入河污染负荷对河流水质影响的评估  38-41
    3.3.1 入河污染负荷情景设计  38-39
    3.3.2 不同入河污染负荷情景下的模拟结果  39-41
    3.3.3 入河污染负荷对水质变化的影响分析  41
  3.4 水闸调控、入河污染负荷与河流水质浓度的量化关系  41-45
    3.4.1 水闸调控与河流水质变化的量化关系  42-44
    3.4.2 入河污染负荷与河流水质变化的量化关系  44-45
  3.5 其他水闸量化关系的构建  45-54
4 水闸对水质改善的可调性研究  54-64
  4.1 可调性的界定  54-55
  4.2 可调性判别方法  55-57
    4.2.1 总体思路  55-56
    4.2.2 判别指标的选取及计算  56
    4.2.3 判别标准  56-57
  4.3 重点水闸的可调性判别  57-64
    4.3.1 水闸调控情景设计  57-58
    4.3.2 槐店闸可调性判别  58-59
    4.3.3 周口闸可调性判别  59-60
    4.3.4 阜阳闸可调性判别  60-61
    4.3.5 颍上闸可调性判别  61-63
    4.3.6 结果分析  63-64
5 闸坝调控对水质影响模拟与关系识别系统介绍  64-77
  5.1 系统概述  64-68
    5.1.1 系统开发目标  64
    5.1.2 系统名称定义  64
    5.1.3 系统设计原则  64-65
    5.1.4 系统基本构成和相关功能  65-66
    5.1.5 系统运行环境  66
    5.1.6 系统数据说明  66-68
  5.2 系统介绍  68-75
    5.2.1 说明  68-69
    5.2.2 情景设计  69-71
    5.2.3 情景模拟  71-74
    5.2.4 关系分析  74-75
    5.2.5 退出  75
  5.3 使用软件  75-77
    5.3.1 主界面  75-76
    5.3.2 操作流程  76-77
6 结论与展望  77-79
  6.1 研究结论  77-78
  6.2 主要成果或创新点  78
  6.3 研究展望  78-79
参考文献  79-83
硕士研究生期间研究成果  83-84
  1 发表的学术论文  83
  2 参加的研究课题  83-84
致谢  84

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