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多进出水口湖泊水体推移及浓度场预测分析

俞柏炎  
【摘要】:修建引水工程越来越多地成为治理城市型湖泊水环境污染的有效手段,为尽可能地减少死水区,引水后湖泊一般具有多个进、出水口,吞吐流成为湖流最主要的因素,其流场和浓度场的研究可以很好地预测和评价引水工程对湖泊水体水质的改善效果。 本文以杭州西湖为例,建立了平面二维水动力—水质模型,采用有限体积法,运用PHOENICS软件,模拟了整个西湖的流场和浓度场,计算结果可视化。根据现状引配水方案,设置了9个进水口和10个出水口(流场模拟和浓度场模模拟进出口数目有所不同,流场模拟时为6进10出,浓度场模拟时为9进9出。),整个计算域共剖分了400×400个网格。模拟计算了6种工况下的西湖水体流场,并给出了各种工况下西湖水体的流场图。以总磷为模拟指标建立了水质模型,在入湖总磷负荷来源分析及测算的基础上,确定了西湖总磷的主要来源为入湖溪流携带、西湖底泥释磷、钱塘江引水携带,并测算了具体的数值作为浓度场计算的边界条件。根据西湖2004年春夏秋冬四季实际引配水方案、总磷负荷来源及11个测点的实测浓度数据的反演分析,得到了综合沉降系数k。然后运用这套模型和参数,在确定2005年春夏秋季的引配水数据后,预测了相应的西湖水体稳态浓度场,最后运用2005年春夏秋季11个测点的浓度实测数据进行验证,计算值与实测值相当接近,表明本文所建立的浓度场分析模型以及所确定的计算参数和边界条件都是合理可靠的。 本文还运用上述经过验证的浓度场分析模型及计算参数,选取2004年的引配水和总磷浓度情况作为计算工况,进行西湖非稳态浓度场的数值仿真分析,给出了西湖水体推移及浓度场演变的动态过程。 流场、浓度场数值分析成果表明,目前西湖进出水口配置和引配水流量分配方案总体来看是好的,尤其是增设西进水域的4个进水口和长桥湾进水口后,西进水域和长桥湾水域的流场得到很好的改善,西湖水体总磷浓度平面分布比较均匀,整个西湖流场只有几个死角区,且面积不大。 本文所建立的水动力—水质模型以及所采用的分析方法可为类似的多进出水口湖泊流场及浓度场的数值仿真分析提供参考。


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