GIS技术在河流水质模型数值模拟中的应用研究

摘要

当今世界,环境污染已严重影响人类的健康和生存,综合利用相关理论知识和科学方法分析、预测和治理环境污染是一项有着深刻意义的研究活动。
　　本论文以预测浅水型河流的水质变化为目标,选用河流二维水质模型,采用有限差分法离散求解水流控制方程,得到河流流速场,基于流速场,再离散求解水质方程,得到浓度场。由于天然河道边界曲折多变,直角坐标下选用矩形单元离散河道时,网格单元的边界难以紧密地贴合河道实际边界,影响计算结果的精确度。本文采用贴体网格剖分河道,选用贴体坐标系为计算坐标系,同时将水流控制方程和水质方程相应地进行坐标转换,采用分数步法(Fractional Step Method)简化计算过程,用交替方向隐式(Alternative Direction Implicit,简称ADI)法保证计算结果的稳定性和精度。
　　最后利用地理信息系统(Geographic Information System,简称GIS)技术进行应用程序开发,将整个数值求解过程按功能分解成数据载入模块、网格剖分模块、流场生成模块和浓度场生成模块,计算过程中所需的基础数据如河道边界、河床地形、河流水文,污染源位置、污染物排放量等,以GIS中的地理空间数据格式存储和管理,计算出来的污染浓度等结果用色彩等级图直观显示。整个研究过程耦合在GIS系统中,充分发挥了GIS技术对空间信息和属性信息的采集、存储、分析、显示等优势,具有良好的应用价值。

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第1章 绪论

1.1 当前我国水资源现状

1.2 GIS技术在水环境管理中的应用

1.3 本论文的主要研究内容

参考文献

第2章 河流水质模型

2.1 水环境数学模型[1]

2.2 水质模型发展概况[2]

2.3 河流水质模型的基本方程

参考文献

第3章 复杂边界二维河道的贴体网格生成

3.1 贴体坐标系[1]

3.2 偏微分方程法[1]

3.3 椭圆型偏微分方程生成法

参考文献

第4章 二维河流流场求解

4.1 浅水方程

4.2 河流平面二维控制方程坐标转换

4.3 河流平面二维控制方程修正[4]

4.4 河流平面二维控制方程离散求解

参考文献

第5章 二维河流水质模拟预测

5.1 二维污染物对流扩散方程

5.2 二维污染物对流扩散方程离散求解

参考文献

第6章 GIS技术应用

6.1 基于GIS平台的数据处理

6.2 数值模型模拟结果的显示

6.3 系统结构体系

参考文献

第7章 总结和展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢