基于MIKE21模型的沙河水库水量水质响应模拟研究

沙河水库是北运河上游水系重要的汇,同时也是多源污染的重要聚集处,呈现非常规水源补给的缓滞水体特征,作为城市景观水体,对水环境和水生态要求较高,因此,沙河水库的治理对下游的水质改善至关重要.为进一步全面提升沙河水库水环境质量,以昌平区沙河水库为研究区域,采用MIKE21构建库区二维水动力水质模型,对沙河水库水量水质变化情...     

基于MIKE 21数值模拟实际砾石滤床通流特性:以汉中市某河道生态修复项目为例

为探究实际砾石滤床应用于河道水修复的效果,以陕西省汉中市某河道为研究对象,采用MIKE 21 软件构建了河道的水动力模型.通过模拟在设计流量下主河道与砾石滤床的流动状况,获得河道的流速及水位分布,进而计算获得砾石滤床的通流特性.结果表明:根据流量的分配关系,得到进入砾石滤床的水量仅占河道设计水量的(1.00±0.25)...     

基于MIKE21的南浔区河网水动力水质耦合模拟研究

为提升平原河网水环境质量、改善河道水动力条件,选取浙江湖州市南浔沈庄漾圩区为研究对象,利用MIKE软件建立二维水动力水质耦合模型,以二维浅水方程组为理论基础,应用同平台同维度中嵌套水质模型的水动力方法进行过程耦合,运用断面实测数据与相应经验公式进行参数率定,通过实测数据与模拟效果的分析进行模型验证,分别模拟了不同补水流量和调控位置条件下的水动力水质监测指标变化。结果表明,经率定验证后的耦合模型对河网内水动力和水质指标的模拟精度较好,模拟效果与实测结果吻合度较高;河网在补水流量为初始流量的30%时,湖区水动力提升效果增加9.92%,典型水质指标NH3-N、TP、TN的去除率分别为6.21%、11.4%和6.82%,改善效果显著,最优补水点位置为Code5。     

基于动态规划理论的MIKE21河网排水方案优化研究

针对南方平原河网面对汛期暴雨时段排水能力差而导致内涝的问题,选取太湖流域南浔区沈庄漾圩田河网作为研究对象,选取城市排涝相应防洪标准的暴雨强度,应用多目标动态规划理论,以河网水位与排涝时间为限制目标,结合圩区现有水利工程条件参数和调度规则,设定了3个水闸排水方案和5个水泵排水方案;基于河网地形、水文数据,构建MIKE21河网水动力模型,定量化模拟分析了闸泵联调联控工况下河网排水效果。结果表明：面临10年一遇及以下暴雨时,河网可采用水闸排水方案,且3个方案均能在24 h内将水位降至排涝下限水位;当面临20年以上及百年一遇暴雨时,河网需采用内外网联动的水泵排水方案,西部闸门至少开启2台水泵,才能保证在24 h内将水位下降至下限水位,其排水效果与水泵开启数量呈正相关。该研究成果可为南方平原河网的汛期排水调度与河网工程改造提供理论依据。     

流速对太湖河道底泥泥沙、营养盐释放规律影响实验研究

河湖中的底泥作为二次污染源,影响河道水环境.太湖河口及调水区河流底泥泥沙、营养盐的释放扩散受水动力条件的影响越来越受到人们的重视.用环形水槽模拟河道的水动力条件的改变,通过实验研究悬浮泥沙、总溶解氮磷(TDN,TDP)和总氮磷(TN,TP)浓度在不同流速条件下在水体中的变化情况,从而掌握底泥泥沙、营养盐在不同流速下的释放特性.本研究按照泥沙的起动标准,把相对应的流速分为"个别动"、"少量动"以及"普遍动"流速,对应不同的泥沙悬浮量以及营养物质的释放量.研究显示高于起动流速下营养盐的动态释放较低于起动流速下的静态释放.泥沙的悬浮量与营养物质的动态释放过程密切相关.TDN、TDP释放量和最终平衡浓度随流速呈对数关系;TN、TP平衡浓度随流速增加呈指数形式增加.整个释放过程为,0~30 min的释放前期为孔隙水释放,营养物质释放量大且速率快;后期为再悬浮颗粒物释放,释放量小且速率减慢,达到平衡之后,营养盐浓度基本稳定.营养物质的空隙水释放与在悬浮颗粒物释放的比例有待进一步的研究.     

环流型水域水动力对藻类生长的影响

实验模拟了不同风浪强度、不同营养水平下铜绿微囊藻的生长速率.选取能代表湖流和波浪综合作用的综合摩阻流速作为太湖水动力的表征指标,建立藻增长率和综合摩阻流速关系.结果表明,低、中营养水平下的藻类受扰动的影响规律较为接近,90r/min 扰动时生长最好;而高营养水平下的藻类受扰动影响差异不明显.营养盐对藻类的生长影响较大,扰动可以改变由营养水平不同所引起的藻类生长的差异.铜绿微囊藻在低、中营养水平下生长时最优综合摩阻流速约为0.133cm/s.藻增长率随着综合摩阻流速呈现先指数递增、后指数递减的规律.湖泊环流型水域和河道径流型水域水动力作用存在明显差异.     

基于MIKE耦合模型的入河污染模拟与控制效能研究

为解决沙河水库流域河道水质差、水环境退化等问题,以主要超标污染物CODCr、NH3-N和TP为指标,应用MIKE 11、MIKE SHE及ECO Lab构建流域水文水动力及水质耦合模型,探究污染物的迁移转化规律,并进一步评估不同控制措施下的河道水质改善效能.研究表明:耦合模型在研究区具有良好的适应性,水动力模拟精度良好...     

宁波杭州湾新区河网水动力及水质数值模拟研究

针对杭州湾新区水环境污染较重的现状,采用MIKE11软件构建新区河网的一维水动力——水质耦合模型,在此基础上研究分析了现状及远期规划排污条件下河网水质分布.结果表明:河道内水体流动较弱,不利于污染物迁移扩散,污水处理厂排出的处理水对排污口周围的河道的水质影响范围和程度均较大,叠加本底浓度后许多区域超过了Ⅴ类水质标准.最后提出了针对性措施以改善新区河网水质.     

流速对河道系统截留氮、磷的影响

为有效阻控太湖湖西地区小流域河流中的氮、磷进入太湖,对比了不同流速下河道对河流上覆水和间隙水中NH₄＋-N,NO₃－-N,NO₂－-N和可溶磷的截留情况,同时通过实验室模拟河道探讨了不同流速下氮、磷截留的机理. 结果表明,河道系统本身不太稳定,在有外界条件(如其他河流的汇入)作用下可以引起一系列的变化. 流速对河道中NH₄＋-N,NO₃－-N,NO₂－-N和可溶磷的截留有较大影响,在保证初始条件和外部条件相同的前提下,快速流(流速为1.00 cm/min)对氮、磷的截留量最小,中速流(流速为0.35 cm/min)次之,慢速流(流速为0.17 cm/min)对氮、磷的截留量最大. 在整个过程中流速对氮的截留基本上是先增加再略有下降,而对磷的截留是先增加再逐渐趋于平稳.      

城陵矶综合枢纽工程建设对洞庭湖水动力影响模拟研究

受流域降雨量偏枯以及三峡工程蓄水运行等综合影响,洞庭湖季节性干旱问题近年来日益突出.为缓解洞庭湖旱情,湖南省和湖北省政府提出了建设城陵矶综合枢纽工程.枢纽工程的建设,将改变洞庭湖水动力特征,影响湖区生态环境.该研究基于MIKE 21模型构建了洞庭湖二维水动力模型,模拟预测了枢纽工程建设前后洞庭湖湖体水位、流速等水动力参数变化特征.验证结果显示:水动力模拟结果与实测值吻合较好,模型计算结果有效可靠.模拟结果显示:城陵矶综合枢纽调度运行后,能够有效抬升全湖水位0.78~1.06 m,增加湖泊面积5.96%~10.84%,增加湖容31.18%~39.69%.枢纽工程对缓解洞庭湖秋季旱情、春季旱情作用明显,能够在一定程度上解决洞庭湖枯水期提前、枯水期延长、枯季水位偏低等问题.随着水位的抬升,湖体流速有不同程度的减小,退水期、枯水期平均流速由0.30 m·s-1和0.23 m·s-1降至0.28m·s-1和0.19 m·s-1,分别降低了6.67%、17.39%.城陵矶综合枢纽运行后,水流速度减缓、水体滞留时间延长,将加大湖体富营养化风险.     

上海外高桥码头邻近水域泥沙疏浚影响数值模拟研究

为比较不同方案的泥沙疏浚工程带来的影响程度和范围。使用Delft-3D模型系统建立了长江口杭州湾大范围海域三维水动力模型．为上海市外高桥码头附近水域的小范围泥沙模型提供流速边界条件。以此来模拟外高桥码头临近水域的挖泥船作业产生的悬浮泥沙扩散情况。模拟结果表明：10mg／L的悬浮物最大影响范围在方案1中可以达到20km^2以上．在方案2中可达6km^2;100mg／L的悬浮物最大影响范围在方案1、2中接近．约0．2km^2;150mg／L的悬浮物最大影响范围在方案1中可以达到0．2km^2,在方案2中可达0．03km^2。     

微反应器矩形微通道截面高宽比对流速的影响

利用Fluent流体计算软件对矩形微通道在质量流量为0.04～0.25g/s,雷诺数在100～1100,矩形截面高宽比在0.10～1之间的层流流动进行了数值模拟研究,其中矩形微通道采用硅为材料,水作为流动介质,得出了流量相等条件下微通道截面高宽比对流速大小的影响。     

Y型河流交汇区污染物扩散模拟研究

自然河流交汇常形成复杂的水流结构,使得交汇区污染物输移扩散规律难以明晰。文章通过建立平面二维自由表面流MIKE 21 FM模型,对中国西南某Y型河流交汇区的污染物进行数值模拟研究。当汇流比分别为0.50、0.67时,COD形成的污染带面积较汇流比为0.33时分别增加30.0%、93.8%,纵向浓度梯度降低1.8%、3.2%,横向浓度梯度增加1.1%、2.3%,交汇后未出现明显的COD均匀混合位置;NH3-N污染带较汇流比为0.33时分别增加4.4%、10.6%,纵向浓度梯度降低1.9%、3.3%,横向浓度梯度增加2.3%、3.3%,在汇流比为0.33、0.50、0.67时分别于1 820、1 960、2 050 m处均匀混合。结果显示,较大的汇流比会导致污染带分布变广、污染物纵向浓度梯度变小、纵向扩散距离变长,同时,汇流比的增加会增大污染物的横向浓度梯度变化,加剧污染物在交汇口的扩散趋势。     

太原市迎泽湖富营养化控制的模型研究

针对湖泊富营养化问题,对太原市迎泽湖进行资料收集和长期水体监测,综合水动力模型、水质模型,融合参与湖泊富营养化的各种生命活动过程,建立湖泊富营养化耦合模型,用实测水质数据进行参数率定与验证,选取总氮、总磷、叶绿素a及透明度4项因子进行模拟,得出迎泽湖营养物质输移扩散及时空分布规律.结合迎泽湖实际情况,从补水方式、补水频率以及改变湖泊柔性结构三方面,提出改变水动力条件的方案并进行数值模拟,研究了各方案水动力、物质输移扩散的改进效果,结果表明,作为富营养化程度表征的叶绿素a在空间和时间分布上均存在一定的规律性,其浓度变化范围在0.035~0.105mg/L之间;藻类等浮游植物迅速增殖导致水质恶化水华暴发,而采取加大湖水水力循环和改善入口水质的控制方案,可有效改善湖水水质.     

长江干流铜陵段突发水污染情景模拟分析

突发水环境事件情景模拟分析对风险防控与应急处置至关重要。在对铜陵市沿江化工企业风险物质泄漏情景分析的基础上,采用MIKE21二维水动力-水质耦合模型对长江干流铜陵段突发水污染事故进行了模拟。模型验证结果表明,构建的水动力模型满足精度要求。对某化工企业储罐3种泄漏情景下的模拟结果表明：同一水文期,风险物质对下游敏感受体的污染程度和污染时间主要与泄漏总量有关,储罐完全泄漏情景对下游敏感受体影响最大,其最大污染峰团浓度高于罐体20%管径破裂和罐体100%管径破裂泄漏情景2~3个数量级;不同水文期,泄漏物质在丰水期到达下游敏感受体的时间最短,储罐完全泄漏时风险物质到达下游三水厂取水口用时75 min,而在平水期和枯水期分别为103和111 min,同时影响时间更长、浓度更高,下游五水厂取水口和铜陵市出境断面在平水期和枯水期先后有2次污染峰团到达。     

水动力条件对嘉陵江重庆主城段藻类生长影响的数值模拟

为研究水动力条件对嘉陵江重庆主城段藻类生长繁殖和富营养化的影响,通过对现有藻类生长率计算式中的流速影响函数进行改进,引入表征藻类生长最佳流速与流速范围的参数,构建了二维非稳态藻类生长动力学模型,并用实测数据以及现有的实验成果对其参数进行率定与优化.针对三峡水库水华高发时段的气候条件和研究河段现有的营养盐状况,就不同水位下的叶绿素a浓度的时空分布进行数值仿真、对可能发生水华的位置和范围进行分析和预测.结果表明,对于嘉陵江重庆主城段,流速在0.04m·s-1左右最有利于藻类的生长繁殖.     

流速和弯曲角度对弯头腐蚀行为影响仿真研究

目的研究不同弯度的铜镍合金管道在海水冲刷下的腐蚀规律,为弯头腐蚀控制奠定基础。方法以铜镍合金在海水中的极化曲线作为边界条件,通过k-ε湍流模型模拟30°、45°和90°三种弯头在不同流速下的腐蚀行为。结果流体进入弯头后,内侧流速明显加快,外侧流速减小,导致内管壁腐蚀严重。内侧局部强腐蚀区随弯曲角度的增大而后移,相应的腐蚀速率也会增加。同时,随着入口流速的增加,弯头管壁的腐蚀速率会加快,但不改变弯头内的最大腐蚀部位。结论弯头腐蚀速率与流速、弯曲角度密切相关。流速越高,弯曲角度越大,管壁的腐蚀速率越大。     

基于EFDC模型的水乡城镇水网水动力优化调控研究

河流的水动力状态与整体水环境状况息息相关.本研究以同里古镇区水系为例,在数据稀缺,尤其是缺乏水质数据的基础上,通过研究区域实地考察、现场监测、文献调研等方式,确定了研究区域合理的生态流速范围.同时,建立了同里古镇区水系的EFDC水动力模型,并采用情景分析法,对古镇区水系8种不同的调水优化情景进行分析评价.结果表明,当进水泵站以0.42 m3·s~(-1),饮马桥同时以0.5 m3·s~(-1)的流量进水,大东溪桥和会川桥出流口各出流10%,外河闸口出流口出流80%,其余出流口不出流的情况下,同里古镇区水系整体水动力改善条件较好,且大部分河段流速维持在0.05~0.10 m·s~(-1)之间,在同里古镇水系合理的生态流速范围内.这一方案不仅能有效改善同里古镇水系整体水动力状态,且对水质状况的改善,对整体水环境的提升具有良好的促进作用.     

妫水河湿地植物作用及调水水质响应模拟

本文基于湿地植物在河流湖泊中的物理、生化反应机制,应用MIKE21中EcoLab的编辑功能,建立湿地植物的水质模块,将植物的阻流、产氧、耗氧及微生物和植物吸收营养盐过程参与计算中,耦合湿地水动力实现水质模拟.在对妫水河表流湿地调研及监测基础上,建立妫水河下游与三里河的模型,考虑湿地植物类型、分布及水量变化下的植物有效面积等作用,定量研究工程尺度上河流湿地水动力及水质净化效果.计算中采用实测数据率定湿地植物对水质作用的关键参数,并对模拟结果进行验证.通过模拟,无循环系统对支流三里河及上游调水时,岸带湿地建设后相比建设前,下游出口处氨氮、磷酸盐和总氮的浓度下降了14.29%、 33.33%和20.00%;循环系统运行后,三里河和妫水河上游流量分别增加0.4 m³·s^-1,使得部分河段水位抬升,断面平均流速略有增加,三里河和妫水河的有效湿地覆盖率分别增加了144.44%和13.16%,出水口处水质与工程前相比,氨氮、磷酸盐和总氮分别下降了35.71%、 50.00%和46.67%,循环体系的建设加强了湿地净化功能.模型有机地将湿地植物分布融合进模型...     

LNG接收站冷排水的温降及余氯对水环境影响的数值模拟——以湄洲湾东吴港区为例

LNG接收站运行过程中将冷排水排放到海域水体中,冷排水的温降及余氯对附近海域水环境的温度场和生物环境产生影响。为掌握冷排水在海域水体中的扩散规律,利用二维水动力-水质数值耦合模型(MIKE21),采用模型嵌套的方式精细化模拟了湄洲湾东吴港区LNG接收站冷排水对水环境的影响,在模型验证可靠的基础上,计算得到了LNG接收站冷排水在冬季、夏季的温降包络线及余氯包络线,从而判断该工程位置选取的合理性。结果表明:在温降大于0.5 ℃条件下,LNG接收站的冷排水影响范围为0.202 km²,距离湄洲岛生态系统重点保护区约2.81 km,距离最近的养殖区约0.53 km;在余氯浓度为0.01 mg/L条件下,LNG接收站的冷排水中余氯影响范围为0.434 km²,最大影响距离为0.628 km;LNG接收站冷排水的温降及余氯均未对周边敏感目标产生直接影响,该排水口位置选择合理。