苏州市古城区活水方案优化研究

摘要

城市河网的基本任务是防洪和排涝，而随着经济的快速发展，人们逐渐关注水体是否健康，希望采用相应措施，使水体流动起来，提高河流水体自净能力，达到改善水环境的目的。本文研究区域苏州古城区位于平原河网地区，由于河流比降小、流速缓慢、水动力条件差、流动无序，导致日常运行管理中存在着调控难度大、效果不佳的问题。所以，如何充分利用现有工程设施，提高泵站引排活水的效率，优化自流活水方案，具有十分重要的意义。 本文首先对古城区的河网水流进行了原型观测。在多种泵站抽排工况下，观测了古城区内部河道及环城河71个断面的水位、流量值，对河网主要河道进行了糙率率定。率定的糙率基本符合各河道形态、驳岸材料、粗糙程度。 在此基础上，采用Saint-Venant方程组，建立了苏州古城区河网非恒定流数学模型，运用Preissmann四点加权隐格式，对方程组进行时间和空间离散，采用双松弛迭代法求解河网非恒定流。利用原型观测资料，对数学模型进行率定和验证。经过9种泵闸运行工况的河网非恒定流模拟验证，选取的51个典型观测点的水位相对误差大小平均值基本在2％以内，表明该模型具有较高的精度。 利用上述建立的数学模型，对16种泵站引排活水方案和3种自流活水方案的河网水流进行了数值模拟。以河网平均流速、死水河段总长度、水泵开机总功率等作为优化指标，对各种活水方案进行比选，分别获得了泵站引排活水和自流活水的优化方案。 本文的研究成果，已应用于苏州古城区活水调度管理，改变了以往凭经验选定调度方案的运行方式，提升了河道管理技术水平。

目录

摘要

主要符号说明

1 绪论

1．1 问题的提出及研究意义

1．1．1 问题的提出

1．1．2 研究的意义

1．2 城市水利工程优化调度研究现状

1．2．1 国外水利工程调度研究进展

1．2．2 国内水利工程调度研究进展

1．3 河网非恒定流数值模拟计算方法

1．3．1 河网非恒定流数值模拟研究现状

1．3．2 河网非恒定流数值模拟求解方法

1．4 研究概况

1．4．1 研究对象

1．4．2 研究方法

1．4．3 研究内容

1．5 本章小结

2 河网非恒定流数学模型

2．1 基本方程式及离散格式

2．1．1 一维非恒定流基本方程

2．1．2 方程组的离散

2．2 差分方程的求解

2．3 初始条件

2．4 边界条件

2．4．1 外边界处理

2．4．2 内边界处理

2．5 河网非恒定流的计算方法

2．5．1 河道编号、计算断面划分

2．5．2 输入河网河道数据

2．5．3 河网非恒定流迭代求解

2．6 本章小结

3 古城区河网水流的原型观测

3．1 概况

3．1．1 地理位置

3．1．2 河网水系

3．2 原型观测

3．2．1 观测内容

3．2．2 断面布置

3．3 工况设置

3．4 糙率分析

3．4．1 计算公式

3．4．2 分析结果

3．5 本章小结

4 数学模型率定

4．1 计算河网概化

4．1．1 确定计算河道

4．1．2 河道单元划分

4．2 基础数据

4．2．1 河道基础数据

4．2．2 闸泵基础数据

4．3 定解条件

4．3．1 初始条件

4．3．2 边界条件

4．4 模型率定

4．4．1 率定的主要参数

4．4．2 率定结果

4．5 模型验证

4．6 本章小结

5 泵站引排活水方案优化

5．1 不同引排方案下河网非恒定流数值模拟

5．2 不同引排活水方案比选

5．2．1 比选指标

5．2．2 比选原则

5．2．3 比选结果

5．3 本章小结

6 自流活水方案优化

6．1 总体思路

6．2 活水方案

6．3 方案比选

6．3．1 不同自流活水方案的数值模拟

6．3．2 不同自流活水方案比选

6．4 本章小结

7 结论和展望

7．1 全文总结

7．2 研究展望

参考文献

致谢

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