基于水质保持的金山湖多闸站联动水动力模型研究

摘要

金山湖是镇江市最大的闸坝型水体，水面面积约8.3km2，作为镇江市的应急备用水源地，金山湖水质情况直接关系到镇江市70余万人的饮用水安全。因此，金山湖的水质保持问题是镇江城市水环境的核心问题。
　　本课题主要以镇江金山湖的水质保持为前提，以金山湖及其连通河道为研究范围，建立多闸站系统下的金山湖水动力模型，探求在镇江金山湖闸站系统的不同调度情况下，金山湖水动力特性的变化情况，并对调度过程中污染物的输移进行模拟分析，研究不同调度方案下污染物的扩散效率，为基于水质保持的多闸站联合调度方案的确立提供水动力学依据。主要研究内容与结果如下:
　　(1)构建了金山湖二维水动力学数值模型，对闸站调度过程中的金山湖水动力特性进行了模拟分析。在涡动粘滞系数为1500kg/(m·s)，曼宁糙率系数为0.036，风应力系数为0.0012，模拟过程温度参数为15℃，风速为6m/s，E向风情况下，校准断面水位模拟值与监测值相对误差不超过2％，流速模拟值与监测值相对误差在5％之内。模拟结果显示，已建立的二维水动力模型高度适用于金山湖水动力学研究。
　　(2)分析了大风对金山湖水动力特性的影响，在东南向45°，8级大风下，金山湖发生明显的增水现象;大风对金山湖水流流向影响不大，增加了水流沿岸流动的趋势，增强了引水过程西部湖区的涡流现象;大风对金山湖流速的影响起增大作用，且对入流断面和出流断面流速的增大影响比主湖区大。
　　(3)对入湖污水截排现状进行调查，发现金山湖水系污水截排存在一些问题:雨、污水合流，污水排入水体，水质恶化严重;虹桥港污水系统有待于进一步完善;运粮河流域污水管网未成系统;丁卯污染严重，污水收集系统仍有待完善。对湖泊引清稀释进行了理论研究，湖泊引清稀释的实质，即水力推力和扩散作用互相影响，最终使污染物浓度因稀释而降低至水质控制目标。合理实施引清调度对金山湖的水质保持工作具有较高的应用意义。
　　(4)研究了引水与换水调度情况下金山湖水动力特性和污染物输移浓度场。引水过程:仅开启引航道闸引水和焦南闸排水时，金山湖引清调度效果最好，效率最高。京口闸与引航道闸和焦南闸同时开启时，引水效果较前者低，但在满足京口闸引水的同时，也能在一定程度上保证金山湖的引水效率。换水过程:虹桥港闸入流流量低，流速小，对金山湖水动力特性影响较小;在金山湖各闸站全部开启时，换水效率最高。此模式下，引航道入流扩散速度较快，范围较大;运粮河入流在24h内扩散效率高;京口闸入流扩散情况良好。
　　(5)基于金山湖多闸站联合调度的水质水量保持要求，建立了金山湖多闸站联合调度的管理体系和监控系统，确定了联合调度管理运行的工作流程，并对监控系统的实施细则和要求做出阐述;根据金山湖防洪优先的调度原则，提出了各闸站排涝调度的应急方案。以上措施为调度方案运行与管理过程提供了保障。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 课题研究目的及意义

1．3 水动力数值模型的研究进展

1．3．1 水动力数值模型国外研究现状

1．3．2 水动力数值模型国内研究现状

1．3．3 水动力数值模型发展趋势

1．4 研究区域概况

1．5 主要研究内容及研究路线

1．5．1 主要研究内容

1．5．2 技术路线

第二章 金山湖水动力模型的建立

2．1 SMS软件

2．2 RMA2水动力模型

2．2．1 水动力基本方程

2．2．2 网格类型

2．2．3 主要参数

2．3 金山湖水动力模型的构建

2．3．1 模型网格的生成

2．3．2 模型边界条件及参数的设定

2．3．3 模型的校准

2．4 金山湖多闸站联合调度水动力特性分析

2．5 风场对金山湖水动力特性的影响

2．5．1 增水现象

2．5．2 大风对流速的影响

2．5．3 大风对流向的影响

2．6 本章小结

第三章 金山湖水量调控技术研究

3．1 水量调控技术原则

3．2 污水截排水量控制技术

3．2．1 镇江污水截排现状

3．2．2 存在的主要问题

3．3 引清稀释水量调控

3．3．1 稀释机理

3．3．2 金山湖水量调控

第四章 多闸站联合调度方案构建

4．1 引水调度

4．2 换水调度

4．3 多闸站联合调度方案

4．4 本章小结

第五章 多闸站联合调度的保障措施

5．1 联合调度的管理及其监控系统

5．1．1 金山湖多闸站调度管理体系的建立

5．1．2 金山湖监控系统的建设

5．2 突发性应急调度的实施

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 不足与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的主要成果