面源模式的通用算法探讨

提出了矩形面源扩散模拟计算的数值积分法和中心虚点源法,以及二者结合的综合法,并用算例进行了计算精度、计算速度和结果连续性的对比.结果表明:与传统的后置虚点源法及其改进算法——谷清经验法相比,该算法与理论真值的相对误差可从20%以上降低到3%以下,并且可以准确地反映风向和面源的形状,但在计算量上要增大十几倍到上百倍.对于任意不规则面源,提出了正方形分割算法,并对分割正方形的取舍采用简便的重心判断法,以准确方便地模拟其形状.综合运用笔者提出的适于机算的通用面源算法,对不同的计算任务权衡速度和精度采用合适的算法,可以处理各种气象条件下任意形状面源的扩散计算,并可取得理想的计算精度.      

东南沿海生物气溶胶的扩散模拟研究

将沿海扩散模式OCD与区域输送模式相嵌套,集成在区域空气质量模拟系统RegAQMS中,由天气研究和预报模式WRF提供气象场,大气边界层模式计算湍流场和边界层特征参数,并引入生物气溶胶的干湿沉积、生物学衰变、温度和湿度衰减、紫外辐射衰减等过程,使得RegAQMS具备模拟生物气溶胶浓度分布的能力.利用改进后的RegAQMS,以2008年7、8月为例,针对东南沿海地区,进行了口蹄疫病毒生物气溶胶扩散有关物理和生物过程的敏感性试验,对地面口蹄疫病毒浓度进行模拟和风险等级评估.敏感性试验表明,考虑干湿沉积、温度、湿度和生物学衰减过程之后,7、8月地面病毒平均浓度(≥0.01μg.m-3的网格点平均)分别减小61.9%和65.6%,污染区面积分别减小25.6%和50.1%,温度衰减是影响夏季病毒浓度的最主要过程,生物学衰减和干湿沉积也起着较大的作用,湿度衰减的影响很小.风险和感染评估结果表明,在与前人研究类似的源释放条件下,研究区域大部分为低等风险区和安全区,高等风险区以上的面积较小,呈条状分布在两个主要风频的下风向,7月和8月的风险区面积分别占整个区域面积的61.6%和54.2%,感染区面积占整个区域面积的不到1%.受海洋大气和海峡地形作用的影响,流场规则、日风向变化和水平湍流强度小,这些是引起病毒较高传播风险和感染的主要原因.     

Persistence and mobility of 2,4-D in unsaturated soil zone under winter wheat crop in sub-tropical region of India

The present study was undertaken to determine the persistence and mobility of 2,4-dichlorophenoxy acetic acid (2,4-D) in unsaturated soil zone under real field conditions for the wheat crop in Roorkee, India. Three experimental plots were chosen in the agricultural field itself to represent the real field conditions in the study area and the potential movement and persistence of herbicide 2,4-D was investigated under three different irrigation treatments. The presence of herbicide along with soil water content was determined in soil at different depths at a temporal scale. The movement of the herbicide was also simulated numerically by solving the coupled soil water content movement and mass transport equations using HYDRUS-1D. The measured soil water content trends and the 2,4-D concentration profiles showed a good agreement with the numerically simulated results. The maximum effect of the herbicide was primarily retained up to 15 cm of the soil profile. The current existing dosage of 0.5 kg ha⁻¹ of pesticide was found to be safe to avoid soil contamination as no residue of 2,4-D was traced at the end of the wheat crop season in any of the plots. Higher concentrations of 2,4-D were also simulated numerically and the simulated results showed that the safe dosage of pesticide application would depend on irrigation treatments.     

基于ASM 2d的数学模型在六箱一体化工艺分析中的应用

以六箱一体化工艺为例,建立了基于ASM 2d(activated sludge process 2d,活性污泥工艺2d)的数学模型,并研究其在脱氮除磷中的应用. 在HRT(水力停留时间)为16 h的工况下,利用灵敏度分析挑选了含有7个参数的待优化参数集,通过使用遗传算法优化校正函数的方式进行校正计算,获得了校正后的六箱一体化工艺模型,并在HRT为20和24 h下对该模型做了进一步验证. 结果表明,校正后的模型对出水水质的预测性较好,在HRT为16 h下,出水ρ(COD_Cr)、ρ(TN)、ρ(TP)和ρ(NH₄+-N)的模型计算值与实测值间的绝对差值较小,分别为1.96、0.83、0.06和0.24 mg/L. 在校正后模型的基础上,详细分析了HRT为20 h时各池中ρ(NH₄+-N)、ρ(NO₃--N)和ρ(PO₄3--P)在1个周期内的动态变化,指出了影响该工艺处理效果的主要原因(如碳源不足的问题),并与通过试验分析得到的结果基本一致.      

Improvement of welding heat source models for TIG-MIG hybrid welding process

Tungsten inert gas-metal inert gas (TIG-MIG) hybrid welding process is an effective way to improve welding productivity and quality due to advantages of the two processes. Mathematical analysis is crucial to fundamentally understand this synergetic welding process. In this study, based on experimental visualization of arc behaviors, some assumptions are proposed to deduce adaptive plane and volumetric heat source models separately for each involved welding method first. The influence of torch angles on distribution of temperature and geometry of weld bead are calculated and compared with experimental results. It shows that this developed algorithm of heat source can be employed to accurately predict welding process whether the electrode gun is slanted backward or forward to the direction of welding. Then TIG-MIG hybrid welding process is simulated and analyzed without considering the attractive or repulsive force of two arcs. The characteristic of TIG-MIG welding process is discussed compared to single MIG. It lays the foundation for the further research on the interaction of the two arcs during TIG-MIG hybrid welding.     

非饱和带柴油入渗实验研究及HSSM模拟

通过土柱模拟实验研究了柴油在不同含水率、不同粒径砂土中的入渗及残留特征,并采用HSSM(Hydrocarbon Spill Screening Model)模拟了柴油在含水率为6%中砂介质中的入渗过程.结果表明:随着介质含水率增加,柴油在介质中湿润锋推进速度先增大后减小,最快速度对应含水率处于相应介质最大残余含水率40%~50%范围内,残余柴油量随介质含水率增大而减小.在细砂、中砂和粗砂3种介质,柴油入渗平均湿润锋推进速度分别为0.42,0.52,0.73cm/min;平均残余柴油量分别为98.10,68.70,48.79mL. 湿润锋推进速度及残余柴油量均与介质粒径呈负相关.HSSM拟合柴油在含水率为6%中砂介质中的湿润锋推进速度为0.5832cm/min,与实验值0.5689cm/min相比,相对误差为2.51%.HSSM能较好的模拟柴油在非饱和带入渗过程,对于土壤及地下水污染预报具有重要意义.     

感潮河网溢油归宿的数值模拟研究

基于拉格朗日油粒子模型、溢油风化模型以及三维水动力、泥沙和吸附质模型构建了溢油双层数学模型.模型不仅能够模拟油膜的运动轨迹、岸边吸附与冲刷、油品性质变化过程,而且通过耦合泥沙吸附及沉积动力学过程,能够更加客观地模拟溢油从水体向底泥环境的迁移过程,更全面地反映溢油在环境中的归宿.此外,本文以假设溢油事故为背景,模拟和分析了洪、枯季节条件下珠江广州段溢油事故对河网陆地边界、河网水质及底泥环境的影响.     

HSPF水文水质模型应用研究综述

HSPF(Hydrological Simulation Program-Fortran)模型采用FORTRAN语言编写,以Stanford水文模型为基础,能够综合模拟径流、土壤流失、污染物传输、河道水力等过程,并大量应用于气候变化与土地利用变化的流域水环境效应情景模拟.该模型是半分布式水文水质模型的优秀代表,在国外得到广泛的应用.HSPF模型包括PERLND、IMPLND与RCHRES等3个主要模块,分别实现对透水地段、不透水地段与地表水体的水文水质模拟.总体来看,HSPF模型在国外水文、水质过程模拟,以及涉及气候变化和土地利用影响的情景分析中发挥重要作用,但是国内该模型的应用非常有限.HSPF模型存在的主要问题包括:①模型中某些方案和算法还有改进和完善的空间;②模型对数据输入要求较高,模拟的精度受到空间和属性等数据的限制;③模型只限于均匀混合的河流、水库和一维水体模拟,对于复杂流域或水体的模拟研究,需要与其它模型整合以解决更加综合的问题.目前,针对发展与完善HSPF模型的研究仍在继续,包括模型平台开发、模型功能扩展、模型校正方法研究、参数敏感性研究等方面.随着我国基础数据的积累及共享程度的提高,HSPF模型在我国的应用也将更加广泛.     

卡鲁塞尔氧化沟水力学特性的大涡模拟

本文基于大涡模拟中的Smagorinsky-Lilly模型,对Carrousel氧化沟模型进行了水力学特性模拟,并研究了沟内流速和涡量分布规律.速度与压力耦合求解使用了压力隐式算子分裂PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)算法,采用VOF(Volume of fluid)方法追踪自由液面.模拟结果表明,回流现象主要出现在上中层混合液中,逆流现象主要出现于上层混合液中;转轮与转刷的推流作用是造成水面变化剧烈的原因;距转轮与转刷较近的区域、转速较快的转轮与转刷区域及直道段转刷下游水面较高一侧中上层区域的涡量较大.根据实验验证,本次模拟结果和实验值吻合度较好,Smagorinsky-Lilly模型可以准确模拟氧化沟水力学特性.     

近10年流域江湖关系变化作用下鄱阳湖水动力及水质特征模拟

鄱阳湖水文情势受流域来水及长江共同影响,近10年流域、长江和鄱阳湖间关系发生了较大变化,导致了新的水文节律调整,进一步使得湖区水质环境发生变化.对近10年序列(2003—2012年)和1956—2002年序列的多年平均的日水文过程进行对比,分析了鄱阳湖的流域入流、湖口出流及湖区水位的年内变化过程;近10年鄱阳湖最高水位降低,湖相时间变短,河相时间增长;通过构建鄱阳湖的二维水动力水质模型,并采用实测2010年湖区水动力及水质数据对模型进行率定验证,在此基础上着重研究流域、江湖水文情势变化条件下,湖区的水动力和水质发生的变化.模拟结果显示,由于4—6月间湖区丰水期滞后13 d,8—10月间枯水期提前21 d,导致TN浓度在两个时间段内分别上升10.6%和12.4%,TP浓度在两期间内分别升高11.7%和13.6%.在8—10月期间,湖区水位下降速率增加,南部与西部的碟型湖提前与主湖区分离,形成相对静水的水塘,加剧了碟型湖的富营养化风险.