基于水动力学原理水体水质保持研究

摘要

随着亲水景观越来越受到人们的欢迎，城市景观水体的重要性也日益凸显，但景观水体多为封闭式缓流水体，具有易污染、水源不足、自诤能力低的特点。本论文针对景观水体水质的特点和防治现状，提出了一种新型水质保持技术——缓蓄快放系统，并以护城河为原型，通过理论计算、物理模型试验模拟、流体力学软件FLUENT模拟分析缓蓄快放系统前后河道的水力学要素状况，分析了缓蓄快放系统对河道的影响。研究成果对缓解水环境严峻形势和维持水生态系统平衡具有重要的意义。主要研究成果如下：
　　(1)理论研究：提出了缓蓄快放系统，介绍了其原理，即该系统通过在河道上修建拦河闸系，开关闸门形成溃坝水流，以增加河道中水动力作用和溶解氧含量，而达到防治城市景观水体水质恶化的目的。以河流动力学、水力学、溃坝水力学等为基础提出缓蓄快放系统的基本算法，并对护城河建立缓蓄快放系统后闸门下游河道的最大水深及最大水深出现时的流量与流速进行计算。
　　(2)模型试验：以经过简化的西安市护城河调研数据为基础，采用水工模型试验中的变态缩放法，纵、横向缩放比尺Lr=70，垂向缩放比尺hr=-10，建立室外模型试验。实验模拟闸门处蓄水0.1m与0.14m水深两种条件下缓蓄快放系统对下游河道水力学要素的改变。
　　对所得到的实验数据进行分析，得到了各断面位置与断面水深、流量、流速的关系曲线，并对曲线进行回归分析得到拟合函数，即能计算出闸门下游任意断面的流量、流速、水位等数据。
　　对河道断面横向与垂向的流速分布进行分析，并与无闸门河道断面横向与垂向流速分布相比较，得到缓蓄快放系统对河道断面各位置处的流速改变效果。
　　(3)软件模拟
　　采用FLUENT流体力学软件对模型试验中闸门处蓄水深度为0.1m条件下的缓蓄快放系统进行模拟，得到了断面横向与纵向速度分布云图，并对模拟结果进行分析，同样得到了断面位置与最大水深、最大流量、断面平均流速的关系曲线，对曲线进行回归性分析，得到各断面最大水位、最大水位时的流量、断面平均流速拟合函数，以及各断面流速在横向与垂向上的分布情况。

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目录

1.绪论

1.1研究的背景及目的意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容、研究方法与技术路线

2缓蓄快放系统基本原理

2.1城市景观水体特征

2.2缓蓄快放原理介绍及其计算方法

2.3缓蓄快放系统实例计算

3试验方案

3.1试验内容

3.2试验场地

3.3实验设备及作用

3.4实验步骤

3.5试验方法

3.6实验河槽设计

3 .7模拟实验概图

4 试验数据分析

4 . 1闸门蓄水深度0.1m实验

4 . 2闸门蓄水深度0.14m实验

4.3库区水位变化测量

4.4小结

5软件模拟及原型护城河水力计算

5 . 1 FLUE NT介绍

5.2网格划分及模型选择

5.3各断水深与流速模拟结果

5.4理论计算、模型试验、软件模拟对比

5.5 护城河缓蓄快放系统水力计算

5.4小结

6结论与建议

6.1 结论

6.2建议

致谢

参考文献