浐河下游水体流动性改善的方案研究

摘要

随着河湖两岸城市化进程加快，点源及面源等外部污染日益增加，使得河湖生态系统不断退化，水环境污染日益加剧。城市滞缓流水体由于缓慢流动或者不流动，河流水体紊动混掺能力过低，水流自掺气量减少，以致自净能力不断减弱。本文以弱流动性较明显的浐灞河交汇区为例，针对其水体滞留与水质劣化问题，采用数值模拟的方法研究。对不同汇流比下灞河流场和流速进行对比，分析其对滞留水体、河道自净能力的影响，提出改善下游水质的方案。
　　本文采用的数学模型为MIKE21的水动力模型，文中对模型的控制方程、数值方法及主要参数都进行了阐述。采用灞河B＃橡胶坝库区模型试验资料验证了水动力模型对研究区域的适用性；对浐灞河交汇口不同汇流比交汇水流进行了模拟，分析了不同汇流比对沪河口滞留水体的影响：针对城市滞缓流水体，分析了河道自净能力减弱的原因及水体滞留时间过长对河道水质的影响：提出了桃花潭出口处2＃橡胶坝在1、2、3小时塌坝运行条件下营造人造洪峰提高水动力的方案，基于充气橡胶坝的广泛应用，本文还提出在应用充气橡胶坝的基础上瞬时溃坝营造洪水方案，对4种改善方案及立坝运行5种工况进行了数值模拟，并对比分析了所提方案与沪河2＃橡胶坝立坝运行的水动力特性。
　　数值模拟结果分析表明，当浐灞河汇流比减小，沪河流量小于灞河流量时，交汇产生低流速分离区，受纳污染水体水流阻塞于沪河口，水体滞留时间过长；沪灞河汇流比增大时，交汇口流速增大明显，沪河水流流速大，带动灞河水流流向下游，缩短了沪河口污染水体的滞留时间；水力滞留时间过长严重破坏了河道生态结构，使河流面临富营养化的风险，同时河道流速越大，污染物就扩散得越快：通过对营造人造洪峰的塌坝和溃坝工况进行数值模拟，发现3种塌坝方案及瞬时溃坝方案对沪河口滞留的污染水体改善效果要明显好于立坝方案，且塌坝所用时间越短，产生洪水流量越大，同一时刻下游流速就越大，水体置换效果越显著。

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主要符号表

1绪论

1.1研究背景与意义

1.2研究进展

1.3本文研究的主要目的与内容

2数学模型

2.1 MIKE简介

2.2水动力数学模型

2.3 模型的验证

2.4小结

3浐灞河汇流比对交汇水流的影响

3.1研究区域概况

3.2工况设计及模型建立

3.3计算结果分析

3.4小结

4水体滞留对河流水质的影响

4.1影响水流自净能力的因素

4.2水力滞留对河流营养状态的影响

4.3浐河灞河现状分析

4.4流量计算

4.5小结

5人造洪峰对浐河下游污染滞留水体的冲刷作用

5.1研究对象及存在问题

5.2研究区域橡胶坝概况

5.3模型建立

5.4计算结果与分析

5.5水质改善措施

5.6小结

6总结与展望

6.1主要结论

6.2今后研究的展望

致谢

参考文献

附录