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浅水湖泊二维水流-水质-底泥耦合模型研究与应用

作　者: 计勇
导　师: 姚琪；赵棣华
学　校: 河海大学
专　业: 环境工程
关键词: 玄武湖浅水湖泊模型有限体积法黎曼近似解底泥
分类号: X524
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 571次
引　用: 6次
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内容摘要

本文在总结前人研究成果的基础上，概述了浅水湖泊水动力学模型及水质生态模型的研究现状，并对相应的数值计算方法加以总结。根据紊动扩散理论，在常用的三维对流-扩散方程中引入底泥污染项ω_c，沿垂向积分后建立起包含底泥污染的水平二维水质模型。引入Wc(单位深度的扩散系数)的概念，将污染浓度输移率的表达式进行简化，从而推导出简化后的包含底泥污染的水平二维水质模型。依据常规厌氧过程动力学理论及紊动扩散理论，基于玄武湖课题组对玄武湖底泥的试验结果，并结合玄武湖调水的试验需要，建立起玄武湖水—沉积物界面污染物通量变化方程。最后与浅水方程耦合为二维水流-水质-底泥模型。在有限体积法框架下应用Osher黎曼近似解格式解算模型中各跨单元边界的数值通量，进而求得方程的数值解。模型用2004年5月玄武湖的调水实测资料进行验证，该模型基本能够较好地模拟浅水湖泊流速场与浓度场。在此基础上，将该模型应用到玄武湖实际的调水方案计算中，为城市湖泊水环境污染控制及管理提供了科学依据。具有重要的指导意义。

全文目录

第一章绪论  9-21
  1．1 问题的提出及研究意义  9-11
  1．2 数学模型的研究进展  11-15
    1．2．1 水动力数学模型研究进展  11-13
    1．2．2 水质数学模型研究进展  13-15
  1．3 数学模型求解方法研究进展  15-19
    1．3．1 数学解析法  16
    1．3．2 数值计算法  16-19
    1．3．3 量纲分析法  19
  1．4 论文的主要内容与技术路线  19-21
    1．4．1 论文主要内容  19-20
    1．4．2 论文技术路线  20
    1．4．3 主要创新点  20-21
第二章玄武湖水-沉积物界面污染物通量变化规律的研究  21-28
  2．1 玄武湖概况  21-25
    2．1．1 玄武湖自然概况  21-22
    2．1．2 玄武湖底泥概况  22-25
  2．2 泥-水交界面污染物变化通量  25-28
    2．2．1 底泥污染物变化方程的建立  25-26
    2．2．2 底泥污染方程中有关参数的求解  26-28
第三章浅水湖泊水流-水质-底泥污染模型的建立与求解  28-44
  3．1 基本方程的建立和参数确定  28-32
    3．1．1 二维浅水方程  28
    3．1．2 包含底泥污染的水质方程  28-30
    3．1．3 底泥污染物变化方程  30
    3．1．4 二维水流-水质-底泥污染模型  30-32
  3．2 控制方程数值求解  32-40
    3．2．1 控制方程求解示意图  32
    3．3．2 水流-水质方程的数值求解  32-40
    3．3．3 底泥污染物变化方程的数值求解  40
  3．3 模型的边界条件和精度分析  40-44
    3．3．1 模型的边界条件  40-42
    3．3．2 模型的精度分析  42-44
第四章浅水湖泊水流-水质-底泥污染模型的验证与应用  44-70
  4．1 模型的验证  44-53
    4．1．1 调水期监测方案  44-45
    4．1．2 模型验证结果分析  45-53
  4．3 模型的应用-引水调控方案比选  53-70
    4．3．1 引水调控方案设计  53-57
    4．3．2 计算结果分析  57-70
第五章总结与展望  70-72
  5．1 总结  70-71
  5．2 展望  71-72
【参考文献】  72-77
致谢  77

浅水湖泊二维水流-水质-底泥耦合模型研究与应用

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