基于数值技术的水质控制与工程应用研究

摘要

随着社会经济快速发展，人类改造自然的能力空前增强，同时也引发一系列环境问题。其中，水环境是受到人类破坏最严重的领域，水环境污染和破坏已成为当今世界最严重环境问题之一。在上述背景下，水环境的健康安全与合理开发问题，越来越受到人类关注。其中，水源地水库的水质状况和供水安全直接关系到居民生命健康，城市滨水工程的合理性直接影响周边居民的生活环境和区域水体的生态环境。因此，研究如何科学预测和控制水质问题，并实现具体的工程应用，具有重大的科学意义和现实意义。本文主要解决的问题包括以下几个方面：
　　首先，在建立水动力与水质模型的基础上，模拟分析水库的水交换特性及其影响因素，对库区水质状况进行时空模拟，从时间和空间层面实现水库富营养化等级的定量评估，并分析营养物质和水温对库区藻类生长的影响，及其与水库富营养化之间的关系。针对水库的水交换能力较差和较易爆发富营养化的问题，提出水质提升方案，模拟预测不同方案对库区水交换能力和水质参数的优化效果，最终在提升方案中筛选出最佳方案。研究成果为水库的水质控制工作提供科学指导，对保护库区的水生态环境和保障居民供水安全有重要意义。
　　其次，在水质控制研究基础上，进一步研究和解决两个具体的工程应用问题：
　　（1）突发水污染事件风险预警和风险等级实时评价问题
　　建立供水明渠系统的风险演化动力学模型，提高预测突发水污染事件风险时空演化过程的科学性。对研究区域的风险识别和风险预警进行研究，选取典型的情景事件，进行污染物风险时空演化过程模拟，提出了时空变化风险因子权重概念，构建突发污染事件实时风险评价体系，评估典型情景事件的风险等级，建立突发污染事件应急系统。研究成果为高效应对突发水污染事件提供技术支撑，具有重要的社会、经济、生态意义。
　　（2）滨水亲水工程的可行性评估和优化问题
　　将EFDC数值技术应用于滨水区亲水工程建设，科学定量预测滨水区工程方案的实施效果。分析示范区工程方案中的各功能区设计能否满足工程安全和娱乐需求，示范区的植被岸坡在土壤冲刷、潮流作用、风力作用角度是否适宜生态岸坡的植被生长，岸坡的水体淹没时间是否有利于景观营造要求，并给出了改进方案，协助规划者优化工程方案，为工程实践提供科学指导。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 水动力与水质模型现状

1.3 水质评价研究现状

1.4 滨水建设研究现状

1.5 目前存在的问题

1.6 本文的主要工作

第二章 EFDC数值模型建立

2.1 坐标转换

2.2 控制方程

2.3 边界条件

2.4 模型求解

2.5 本章小结

第三章 水库水动力与水质控制研究

3.1 研究区域

3.2 模型建立与验证

3.3 水动力过程

3.4 水质变化过程

3.5 水质改善措施效果预测

3.6 本章小结

第四章 供水明渠系统风险预警及应急处理研究

4.1 研究区域

4.2 主要风险识别

4.3 输水方式与模型离散

4.4 风险演化过程预警

4.5 突发事件风险评价

4.6 突发事件应急处理

4.7 本章小结

第五章 滨水区亲水工程的可行性评估与优化

5.1 研究区域

5.2 模型建立与验证

5.3 示范区工程方案

5.4 工程可行性评估

5.5 工程方案优化

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢