长江南京江心洲河段水污染扩散仿真模拟与可视化

摘要

突发性水污染事故在短时间内大量排放污染物，演变迅速，处理困难，破坏性极强，严重威胁着人民的身体健康和生命安全。特别是近年来，突发水污染事件频繁发生，屡见不鲜。因此，研究污染物运移扩散区域预测及其浓度时空分布规律反演，为水污染事件治理提供决策依据，已经刻不容缓。长江南京江心洲河段位于长江南京段上游，沿岸工厂废水、居民区生活污水及众多污染河流的汇入、交错的排污口都严重危及到饮用水源的安全。同时，该段的夹江水源地作为当地重要供水来源，一旦发生水污染事件，势必会对当地居民的正常生活、生产秩序造成严重影响。因此，研究该区域突发性水污染事故的模拟、预测与可视化，具有现实性和紧迫性。
　　本文以长江南京江心洲河段为研究区域，基于数值建模模拟、模型与GIS集成技术以及仿真模拟技术直观演绎水体污染物的输移扩散过程，主要内容包括：⑴可视化概念建模。根据长江南京江心洲河段的自然概况，基于可视化概念建模原理，从实体层、空间关系层、场景层出发，构建了该地的概念场景，对该地的地理环境进行抽象和简化，为数值模型的模拟提供基础。⑵基于可溶性与非可溶性污染物结合的数值模拟。在研究水流运动物理过程与水环境特征的基础上，考虑风、水流等动力要素的影响，基于水动力模型计算模拟了河段水流运动规律;基于水质模型实现了可溶性污染物运移扩散的预测;基于质点追踪模型与随机扰动模型刻画了不可溶性污染物（如船只溢油）的漂移轨迹。⑶水污染扩散的可视化表达。通过流域水体污染物扩散模拟可视化表达技术，对不同工况条件进行污染物浓度的建模模拟，快速实现污染物运移扩散区域预测及其浓度时空分布规律反演，为准确预测水污染过程，为长江南京江心洲河段突发水污染事故调度决策提供重要参考。⑷长江南京江心洲河段水污染扩散仿真模拟系统的搭建。结合模拟预测的需求，设计并开发了长江南京江心洲河段水污染扩散仿真模拟系统，实现了突发水污染事件污染物输移扩散的模拟、预测及可视化表达。

目录

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摘要

图目录

表目录

第1章 绪论

1．1 选题背景与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 概念建模与模型集成研究现状

1．2．2 水动力水质模型研究现状

1．2．3 仿真模拟与可视化研究现状

1．3 研究目标与研究内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 主要研究内容

1．4 技术路线

1．5 论文组织

第2章 长江南京江心洲河段可视化概念建模

2．1 研究区概况

2．2 可视化概念模型构建

2．2．1 实体层表达

2．2．2 空间关系层表达

2．2．3 概念场景层表达

2．3 本章小结

第3章 可溶性与非可溶性污染物结合的数值模拟

3．1 长江南京江心洲河段水动力与水质模型耦合模式

3．2 水污染扩散模拟数值模型

3．2．1 水动力模型

3．2．2 水质模型

3．2．3 溢油模拟模型

3．3 长江南京江心洲河段水污染扩散情景模拟

3．3．1 长江南京江心洲河段水流动力场模拟

3．3．2 可溶性污染物模拟

3．3．3 溢油模拟

3．4 本章小结

第4章 水污染扩散可视化表达

4．1 长江南京江心洲河段流场可视化

4．1．1 数据组织

4．1．2 流场绘制与显示

4．2 长江南京江心洲河段污染物浓度可视化

4．2．1 数据组织

4．2．2 浓度场绘制与显示

4．2．3 突发水污染事件预警信息

4．3 长江南京江心洲河段油膜漂移可视化

4．3．1 数据组织

4．3．2 油膜漂移轨迹绘制

4．3．3 溢油事件预警信息

4．4 长江南京江心洲河段水污染扩散仿真模拟系统

4．4．1 系统总体结构设计

4．4．2 系统功能模块设计

4．4．3 系统业务流程

4．4．4 系统功能应用

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢