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《重庆大学》 2008年
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三峡库区紊流扩散模拟和基于GIS的水污染管理系统研究

翟俊  
【摘要】: 水环境管理是一个复杂的系统工程,它涉及包括污染源状况,污染物在水体中的迁移分布,城市分布、经济区划、流域状况、控制断面等在内的海量信息。且这些信息往往随时间改变,是一个动态过程。如何对此海量信息进行高效管理和分析,是当前水环境管理的重要课题之一,迫切需要高水平的管理信息系统作支持。对于自然水体中普遍存在的紊流流动及其中的污染物迁移扩散的模拟也是当前科学研究的一个热点。近年来出现的分形理论等非线性科学为解释和描述随机性很强的紊流现象提供了较好的理论基础。论文在国家“十五”科技攻关课题“三峡库区水环境安全关键技术研究与示范”(2004BA604A01)的资助下,将分形理论引入紊流水质模拟中,提出了分形紊流扩散模型,并与K-ε双方程水力模型相配合,完成了长江万州城区段的三维水力/水质模拟研究,对污染物在紊流流体中的扩散迁移规律进行了较深入的研究,实现了分形理论在紊流水质模拟中的成功应用,并完成了复杂边界条件自然河流中多个污染源复合污染带的三维模拟。同时,将GIS技术与水力/水质数学模型相结合,开发了基于GIS的三峡库区水污染(应急)管理信息系统,可以为三峡库区水环境科学管理提供先进的技术手段和决策支持。 以VB为计算机程序开发语言,以ArcGIS Engine为GIS平台,实现了GIS、数学模型、数据库的全面集成,所开发的三峡库区水污染管理信息系统软件拥有自主知识产权。该系统具备了污染源动态管理、污水厂适时监控、水体水质查询及评价、流场和浓度场模拟等水环境管理和决策支持功能。同时,论文根据当前水环境管理的需要,在所开发的系统中强化了突发性污染事故应急管理功能,可自动统计出各种污染事故产生的污染带在不同时间的区位及影响范围,为突发性污染事故的应急管理提供了软件平台。 开发了适合GIS系统的三峡库区一维(整个库区江段)、二维(主要城市江段)恒定流动态水质数学模型,能够同时模拟众多点污染源和面源污染产生的污染带和污染物的迁移扩散过程,满足水质模拟和污染事故预警对数学模型的要求。通过实际监测数据,验证了适合长江三峡库区水文条件的模型参数。 通过系统对成库后库区一维总体水质的模拟分析,在沿江主要点污染源得到有效治理后,库区长江总体水质状况较成库前好,且水位越高,趋势越明显。从污染物单项指标的模拟结果来看,库区长江COD浓度高峰主要出现在主城至涪陵的城市密集区江段,这一区域是城镇生活污水和工业废水的主要来源。而NH3-N、TN、TP等营养性污染物指标的浓度高峰则主要出现主城至涪陵的城市密集区和万州之后至重庆出境的江段,且越靠近库首,浓度越高,说明在库首区域营养性污染物负荷相对较高,水土流失等面源污染是其主要的污染源。成库后,COD指标在整个库区均处于Ⅰ类或Ⅱ类水质标准;NH3-N指标在库区主要处于Ⅱ类水质指标,在主城区和库首则处于Ⅲ类水质指标;以2003年入境水质作为起始断面水质时,TN和TP指标以湖、库标准来衡量,TN指标浓度则将超标,总体处于Ⅳ类和Ⅴ类水质标准,TP指标也将超标处于Ⅲ类和Ⅳ类水质标准。 从系统对库区干流主要城市江段二维模拟结果来看,在库尾的主城区江段,由于成库前后水文条件变化不大和受到水库回水影响,污染带略有扩大。在库中和库首的江段,在输入相同负荷的情况下,污染带有明显减小,特别是在175m水位下,污染带减小趋势最为明显。 万州江段的三维水质模拟研究表明,在成库后水流速度显著减小,水体底层紊动掺混能力明显减弱,铅直方向上的水质分布不均匀性非常明显。万州城区江段岸边的表层水质较差,而中层和底层水质则相对较好。库区排污口附近的污染混合区将会由天然河道的狭长型向着短宽型发展。在输入相同污染负荷的情况下,长江表层污染物带的长度略微有所减小,但宽度却增加了一倍。 论文以三峡库区长江为研究对象,开展了基于紊流理论的三峡库区典型河段三维水质模拟研究,同时开发了基于GIS的三峡库区水污染(应急)管理信息系统。其研究成果对提高水污染(应急)管理水平具有直接推动作用,对于紊流流动、紊流扩散等“无序”、非线性问题进行了探索性的研究,有着重要的理论意义和实用价值,对相似河流和地区的水污染管理和水质模拟研究也有重要的参考价值。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:X703.1

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 王林刚;基于三维GIS的河流突发水污染事故模拟研究[D];西北大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周霖,刘鸿明,徐更光;炸药激光起爆过程的准三维有限差分数值模拟[J];火炸药学报;2004年01期
2 朱嘉伟,赵云章,闫振鹏,徐莉,田明中;黄河下游河道地貌分形分维特征研究[J];测绘科学;2005年05期
3 冯平,冯焱;河流形态特征的分维计算方法[J];地理学报;1997年04期
4 陈彦光,刘继生;水系结构的分形和分维——Horton水系定律的模型重建及其参数分析[J];地球科学进展;2001年02期
5 余文公;夏自强;于国荣;蔡玉鹏;;三峡水库水温变化及其对中华鲟繁殖的影响[J];河海大学学报(自然科学版);2007年01期
6 王玲玲,金忠青;分形理论及其在紊流研究中的应用[J];河海大学学报;1997年01期
7 李锦秀,廖文根;水流条件巨大变化对有机污染物降解速率影响研究[J];环境科学研究;2002年03期
8 许其功,刘鸿亮,曾光明,苏小康,何理,徐敏;三峡水库二维随机水质模拟预测研究[J];环境科学研究;2004年05期
9 曾光明,蒋益民,袁兴中,黄国和;平原区二维复杂河流水质模拟计算[J];环境科学学报;2000年05期
10 刘桦,何友声;河口三维流动数学模型研究进展[J];海洋工程;2000年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 马莉;桂和荣;曹彭强;;河流污染二维水质模型研究及RMA4模型概述[J];安徽大学学报(自然科学版);2011年01期
2 任照阳;邓春光;;二维水质模型在污染带长度计算中的应用[J];安徽农业科学;2007年07期
3 黄程;邓春光;朱德军;任春坪;幸治国;;三峡水库175m蓄水后川维厂排污口污染带预警分析[J];安徽农业科学;2009年23期
4 唐大元;;WASP水质模型国内外应用研究进展[J];安徽农业科学;2011年34期
5 汪家权,陈众,武君;河流水质模型及其发展趋势[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2004年03期
6 乔云波;;三峡库区宜昌至泄滩段水质污染现状及对策[J];氨基酸和生物资源;2006年02期
7 田炜;王平;谢湉;陈伟;;地表水质模型应用研究现状与趋势[J];现代农业科技;2008年03期
8 丁凯;安庆市水环境容量现状及核定[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2005年03期
9 付彩菊;;河流水污染定量研究进展[J];环境科学与管理;2007年09期
10 高纪欣,雷锦志,管克英;Burgers-KdV行波解方程的可积性条件[J];北方交通大学学报;2003年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨亮秀;杨常亮;刘卫红;杨桐;傅强;;滇池流域盘龙江化学需氧量与总氮降解系数的测定研究[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第一卷)[C];2011年
2 杨桐;杨常亮;毛永杨;;水环境容量研究进展[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第一卷)[C];2011年
3 王卫红;田世民;孟志华;赖瑞勋;;黄河下游游荡性河道河型变化及成因分析[A];第三届全国河道治理与生态修复技术交流研讨会专刊[C];2011年
4 赵鸿;刘玉玲;;贴体坐标变换技术在渗流计算中的应用[A];第九届全国渗流力学学术讨论会论文集(二)[C];2007年
5 刘梅冰;陈兴伟;;闽江下游感潮河道二维水质模拟研究[A];福建省第十一届水利水电青年学术交流会论文集[C];2007年
6 林峰;陈兴伟;;基于DEM的九龙江流域水系分维估算[A];福建省第十一届水利水电青年学术交流会论文集[C];2007年
7 刘梅冰;陈兴伟;董志勇;;闽江下游感潮河道污染带特征及影响因素研究[A];福建省第十二届水利水电青年学术交流会论文集[C];2008年
8 阮鹏高;何练民;何娟;;GIS技术在河道演变研究中的应用与发展[A];纪念’98抗洪十周年学术研讨会优秀文集[C];2008年
9 杨磊;胥峥;林逢凯;高逸秀;张萌;;城市富营养化河道底泥中微生物的新陈代谢能力研究[A];中国环境科学学会2006年学术年会优秀论文集(上卷)[C];2006年
10 庞卫锋;李琤;章锡琛;;闵行区地表水环境质量变化及防治对策[A];2007中国环境科学学会学术年会优秀论文集(上卷)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘恂;几类非线性发展方程的精确行波解的研究[D];江苏大学;2010年
2 李佳;乐清湾环境水力特性研究[D];浙江大学;2010年
3 丁文荣;云南省盘龙河流域河流悬移质输移变化及其对环境变化的响应[D];昆明理工大学;2008年
4 康苏海;三维水动力数值模拟及可视化研究[D];大连理工大学;2011年
5 陈昞睿;无结构网格二维河口海洋数值模式的研制[D];华东师范大学;2011年
6 张佳磊;三峡库区大宁河富营养化和水华研究[D];华东师范大学;2011年
7 李坚;基于分形理论滇池流域水土流失生态影响评价[D];北京林业大学;2011年
8 王联国;人工鱼群算法及其应用研究[D];兰州理工大学;2009年
9 付庆军;渤海湾温带风暴潮数值计算模式的研究与应用[D];天津大学;2010年
10 董丽华;河流水质发展模型研究[D];天津大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 彭伟;弯曲河段船闸引航道通航水流条件及改善措施研究[D];长沙理工大学;2010年
2 刘建波;胶州湾60年岸线变化对水动力影响研究[D];中国海洋大学;2010年
3 冯炳燕;基于分形理论的M项目给水管网规划研究[D];华南理工大学;2011年
4 蔡武林;近海堵坝对潮汐河口淤积影响的数值模拟及试验研究[D];浙江大学;2011年
5 张丽;湖泊水环境容量研究[D];昆明理工大学;2008年
6 夏宇庆;人工鱼群与差分进化混合优化算法在水质模拟预测中的应用[D];浙江大学;2011年
7 胡荣祥;皂市水库下泄低温水影响研究[D];浙江大学;2011年
8 谢湉;基于VC++地表水水质预测评价系统[D];中南林业科技大学;2009年
9 王庄;浏阳河长沙县段水质监测与评价[D];湖南农业大学;2010年
10 刘瑞连;泰山山地北沙河流域水系及流域地貌基本特征研究[D];山东师范大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郑文瑞,王新代,纪昆,王汉林;非确定数学方法在水污染状况风险评价中的应用[J];吉林大学学报(地球科学版);2003年01期
2 冯文钊,张宏,彭立芹,闾国年;突发性环境污染事故应急预警网络系统的设计与开发[J];城市环境与城市生态;2004年01期
3 谢义林;汪云甲;;利用虚拟场景实现3DGIS的研究与应用[J];测绘工程;2006年06期
4 朱庆;卢丹丹;张叶廷;;GIS三维可视化在数字文化遗产中的应用[J];测绘科学;2006年01期
5 杨必胜,李清泉,梅宝燕;3维城市模型的可视化研究[J];测绘学报;2000年02期
6 郑丽波;史利江;俞立中;贾丽;王莹;;水污染控制规划的GIS辅助技术研究[J];长江流域资源与环境;2009年02期
7 杨芙清,梅宏,李克勤;软件复用与软件构件技术[J];电子学报;1999年02期
8 侯国祥,郑文波,叶闽,翁立达;一种河流中突发污染事故的模拟模型[J];环境科学与技术;2003年02期
9 魏文达;江河水污染预警预报系统建设模式的探讨[J];广西水利水电;2000年03期
10 韦莲英,陈其名;左江突发性水污染事故分析及对策[J];广西水利水电;2005年02期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 詹世平;近海海域三维水动力学与水质模拟及其可视化研究[D];大连理工大学;2004年
2 姚焕玫;基于GIS技术的湖泊水质污染综合评价的研究[D];武汉大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 严世强;基于GIS的海上泄漏化学品行为数值模拟研究[D];大连海事大学;2004年
2 方晓波;基于GIS的淮南市水环境规划[D];安徽理工大学;2005年
3 李成林;基于GIS技术的水环境污染模拟研究[D];解放军信息工程大学;2006年
4 陈玲;基于GIS的湖泊水源地突发性污染事故应急预案自动生成研究[D];南京师范大学;2007年
5 曾雨;基于GIS的闽江流域水污染事故预警应急系统研究[D];福建师范大学;2008年
6 曹问鱼;港口三维GIS监控系统关键技术研究[D];国防科学技术大学;2008年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 李维乾;解建仓;李建勋;申海;;基于元胞自动机与智能体的水污染可视化模拟仿真[J];西北农林科技大学学报(自然科学版);2013年03期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 左忠豪;湘江流域污染物动态运移三维可视化及空间分析[D];中南大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李锰,朱令人,龙海英;地貌分形理论模型的数值模拟[J];大地测量与地球动力学;2002年02期
2 艾南山,陈嵘,李后强;走向分形地貌学[J];地理学与国土研究;1999年01期
3 何隆华,赵宏;水系的分形维数及其含义[J];地理科学;1996年02期
4 冯平,冯焱;河流形态特征的分维计算方法[J];地理学报;1997年04期
5 胡艳,沈瑞琪,叶迎华;激光点火过程的一维有限差分模型比较[J];火工品;2000年03期
6 黄平,陈铣成;感潮河段水污染控制的随机方法[J];环境科学学报;1992年03期
7 李孟国;海岸工程中实用三维流场数学模型研究[J];海洋通报;1995年06期
8 沈焕庭;中国河口数学模拟研究的进展[J];海洋通报;1997年02期
9 刘桦,何友声;河口三维流动数学模型研究进展[J];海洋工程;2000年02期
10 卢启苗;海岸河口三维潮流数学模型[J];海洋工程;1995年04期
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1 邓云;大型深水库的水温预测研究[D];四川大学;2003年
【相似文献】
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1 龙素群,刘国东,陈友才;新都县水污染总量控制研究[J];四川大学学报(工程科学版);2002年01期
2 郑刚;刘祥梅;郭志华;肖文发;王建力;;基于GIS的三峡库区生态环境综合评价——Ⅳ.降水量变化(1951-2004)[J];中国农业气象;2009年04期
3 刘祥梅;郭志华;肖文发;王建力;杨海明;何红艳;;基于GIS的三峡库区生态环境综合评价Ⅱ.气候评价[J];自然资源学报;2007年04期
4 秦燕;赵彦伟;杨志峰;;基于模糊聚类技术的区域生态功能区划研究——以三峡库区万州为例[J];应用基础与工程科学学报;2009年S1期
5 陈龙高;陈龙乾;杨小艳;;基于流域的邹城市土地利用水环境污染评价[J];国土与自然资源研究;2009年04期
6 肖泽云;莫创荣;雷晓霞;;基于GIS平台的水污染预警系统研究与应用[J];水电能源科学;2011年05期
7 彭虹;张万顺;彭彪;张艳军;朱齐艳;周绍江;王艳;范文重;;三峡库区突发污染事故预警预报系统研究与应用[J];水系污染与保护;2005年01期
8 ;防治三峡库区水污染10年目标确定[J];交通环保;2001年06期
9 李玉兰,赵万星;三峡库区重庆段水质模拟研究[J];重庆大学学报(自然科学版);2004年11期
10 许声强;国家环保总局王心芳副局长视察重庆市三峡库区水污染项目进程[J];重庆环境科学;2003年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 孙玉婷;张书亮;;丽水市GIS供水管网信息系统的设计与实现[A];地理信息与物联网论坛暨江苏省测绘学会2010年学术年会论文集[C];2010年
2 柳林;李万武;卢秀山;;GIS三维动态符号库的研究与实现[A];中国测绘学会2010年学术年会论文集[C];2010年
3 庄学强;李品芳;;基于GIS的海运液化气泄漏事故应急信息系统[A];2010年船舶防污染学术年会论文集[C];2010年
4 邢怀学;葛伟亚;董志高;田福金;;基于GIS城市地质环境质量综合评价——以福州市为例[A];“华东六省一市地学科技论坛”论文专辑[C];2010年
5 秦勇;徐杰;贾利民;;城市轨道交通综合指挥调度系统研究[A];第二届中国智能交通年会论文集[C];2006年
6 薛正哲;马强;;基于GIS的煤矿测绘管理信息系统研究[A];安全高效矿井机电装备及信息化技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集(2011)[C];2011年
7 罗芳;安廷波;;基于组件技术进行应用型地理信息系统开发[A];广东省测绘学会第九次会员代表大会暨学术交流会论文集[C];2010年
8 余昊;吕文彦;吕婷;王吉田;秦雪峰;王国昌;王刘豪;王运兵;;基于GIS的河南蝗虫监测预警系统的研制[A];Proceedings of 2010 National Vocational Education of Communications and Information Technology Conference (2010 NVCIC)[C];2010年
9 钱云飞;;基于ArcEngine的基础GIS数据符号化与显示[A];地理信息与物联网论坛暨江苏省测绘学会2010年学术年会论文集[C];2010年
10 曾涛;何玉良;钟江文;;基于多GIS平台的矿产资源潜力评价方案——以栾川钼钨矿评价为例[A];河南地球科学通报2011年卷(下册)[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 周丽燕;治理三峡库区水污染 刻不容缓[N];人民政协报;2002年
2 孙晓蓉;我省三峡库区及其上游水污染防治工作总体进展顺利[N];贵州日报;2006年
3 林英;我国GIS产业逐步走向成熟[N];光明日报;2009年
4 通讯员 杨黎明 卢伟萍;气象GIS应用联合实验室在广西成立[N];中国气象报;2010年
5 记者 李大庆;地理信息系统之父诠释GIS新理念[N];科技日报;2010年
6 刘建国;地理信息系统(GIS)支持周原地区古代人地关系研究[N];中国社会科学报;2010年
7 本报记者 王娟;移动GIS应用井喷还差什么[N];中国计算机报;2011年
8 秦始皇兵马俑博物馆 王亮;GIS在文化遗产地管理中的应用初探[N];中国文物报;2008年
9 记者 刘修兵;滁州将GIS引入文物普查[N];中国文化报;2008年
10 立实;中国GIS协会认真学习贯彻胡锦涛总书记重要讲话精神[N];中国测绘报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 翟俊;三峡库区紊流扩散模拟和基于GIS的水污染管理系统研究[D];重庆大学;2008年
2 曹月娥;基于GIS技术的县级土地利用总体规划研究[D];新疆大学;2010年
3 杨同辉;宁波市新农村GIS开发与应用研究[D];华东师范大学;2011年
4 王志旺;基于GIS技术的区域滑坡分形特征分析与危险性评价[D];中国地质大学;2010年
5 王春;基于VR/GIS一体化城市微观交通虚拟仿真系统的研究与应用[D];中国海洋大学;2010年
6 付博;基于GIS和遥感的长春市宜居性环境评价研究[D];吉林大学;2011年
7 马海民;基于面向对象的高速铁路网络资源时空GIS研究[D];兰州交通大学;2009年
8 李伟;GIS内多绝缘缺陷产生混合局部放电信号的分离研究[D];重庆大学;2010年
9 杜君;基于GIS的我国小麦施肥指标体系的构建[D];中国农业科学院;2011年
10 卢斌(王莹);基于格网GIS的艾比湖流域城市化与生态环境效应评价研究[D];西北大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵克会;基于RS和GIS的三峡库区重庆主城段生态环境动态变化研究[D];西南大学;2010年
2 田锋;三峡库区小流域土地利用格局对水土流失的影响研究[D];西南大学;2007年
3 卢清;基于GIS的三峡库区滑坡稳定性评价系统的设计与实现[D];武汉理工大学;2009年
4 夏冰雪;基于GIS的三峡库区水质模拟研究[D];重庆大学;2007年
5 王林刚;基于三维GIS的河流突发水污染事故模拟研究[D];西北大学;2011年
6 周娟;基于RS和GIS技术的三峡库区消落带动态监测[D];西南交通大学;2010年
7 田崇峰;基于GIS的城市应急管理系统研究[D];电子科技大学;2010年
8 张伟;基于分布式存储的移动GIS技术与应用研究[D];解放军信息工程大学;2010年
9 黄仪;基于GIS的宝安区收地拆迁管理信息系统研发[D];江西理工大学;2010年
10 詹伟;基于GIS技术的县级国土资源管理系统的开发与设计[D];电子科技大学;2010年
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