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水库水量水质联合调控研究

作　者: 周鹏程
导　师: 王丽萍
学　校: 华北电力大学
专　业: 水文学及水资源
关键词: 水质模型水库调度参数率定水量水质联合调控数值模拟
分类号: X824
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

城区供水水库水量水质联合调控问题,是近年来水资源配置的热点问题之一。而较为精确的水库水质模拟模型则是水库水量水质联合调控的基础。本文以深圳市原水调配系统中多个供水水库为研究对象,首先引入了改进型的多组分非稳态均匀混合水质模型,将其应用于多个存在水力联系的水库群联合水质模拟。其次,利用水质模型多参数最优化估值原理,并基于粒子群算法对多库水质联合模拟模型(即改进型多组分非稳态均匀混合水质模型)中的参数进行优化估值。实例计算结果表明,得到的水质模型参数合理可行,且多库水质联合模拟模型计算精度可以满足工程应用要求,为城市原水系统水量水质联合调控提供了重要的支撑和依据。确定所需水质模型参数后,针对原水系统中部分供水水库的水质问题,进行重点建模分析。以深圳市原水系统中,水质问题比较严重的西丽水库为研究对象。建立了基于数值模拟的水库二维水量水质耦合数值模型,利用现今比较流行的计算流体力学软件Fluent,进行求解计算。模拟了不同工况和常规调度方案下的西丽水库流场及污染物浓度场,并对结果(可直观仿真显示)进行了验证和分析。最后,在以上研究的基础上,将水质模拟结果反馈到水量调度方案。以遵循深圳全市原水系统统一调度为原则,提出了可以有效改善西丽水库水质的水量调度方案,并对方案进行了模拟计算与检验。综合分析表明,所提出的水量调度方案可以实现水库水量水质联合调控的目的。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-15
  1.1 选题背景及研究意义  9
  1.2 国内外的研究现状和发展趋势  9-13
    1.2.1 水质模拟模型  9-11
    1.2.2 水量水质联合调控  11-13
  1.3 本文研究的主要内容  13-14
  1.4 本章小结  14-15
第2章多水库水质模拟  15-30
  2.0 水质模拟数学模型的原理  15-17
    2.0.1 水体污染与自净  15-16
    2.0.2 污染物的迁移转化过程  16-17
    2.0.3 污染物的衰减变化  17
    2.0.4 污染物的迁移扩散方程  17
  2.1 背景说明  17-18
  2.2 水质迁移转化基本方程  18-20
  2.3 水质指标的选取及机理分析  20-24
  2.4 水质迁移转化基本方程分析及求解  24-29
    2.4.1 单输入输出下的单一指标迁移方程求解  25-26
    2.4.2 多输入输出下的单一指标迁移方程求解  26-28
    2.4.3 多输入输出下的关联指标迁移方程求解  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章多水库水质模拟模型多参数的优化估值  30-39
  3.1 水质模型多参数的优化估值  30-31
    3.1.1 引言  30-31
    3.1.2 方法原理  31
  3.2 水质模型多参数的最优化估值求解  31-35
    3.2.1 粒子群算法(PSO)  32-34
    3.2.2 基于粒子群算法的求解  34-35
  3.3 实例应用  35-38
    3.3.1 确定待优化参数  35-36
    3.3.2 参数优化估值结果  36-37
    3.3.3 结果检验和分析  37-38
  3.5 本章小结  38-39
第4章基于数值模拟的水库水量水质联合调控研究  39-60
  4.1 水质数值模型的基本理论  39-41
    4.1.1 水质数值模型分类  39-40
    4.1.2 水质数值模拟的基本原则  40
    4.1.3 水质数值模型基本方程  40-41
    4.1.4 基本方程的离散  41
    4.1.5 水质数值模拟软件简介  41
  4.2 水库二维水量水质耦合数值模型及其数值模拟  41-43
    4.2.1 基本方程  42
    4.2.2 求解方法  42-43
    4.2.3 边界条件的处理  43
  4.3 工程背景  43-45
    4.3.1 基本概况  43-44
    4.3.2 问题的提出  44-45
  4.4 西丽水库二维水量水质耦合数值模拟  45-50
    4.4.1 建立数学模型  45
    4.4.2 水库流场模拟  45-47
    4.4.3 水库浓度场(总磷)模拟及验证  47-50
  4.5 西丽水库水量水质联合调控方案分析  50-59
    4.5.1 入库流量控制方案  51-52
    4.5.2 集中消落方案  52-54
    4.5.3 水体置换方案  54-55
    4.5.4 出口设置方案  55-58
    4.5.5 联合调控方案总结分析  58-59
  4.6 本章小结  59-60
第5章总结与展望  60-62
  5.1 全文总结  60-61
  5.2 研究展望  61-62
参考文献  62-67
在校期间发表的学术论文和参加科研情况  67-68
致谢  68

水库水量水质联合调控研究

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