基于弱耦合求解方法的排水管网底泥输运模拟

发布时间：2024-02-22 05:32

　　通过将SWMM(storm water management model)模型与底泥输运模型耦合计算实现对于排水管网底泥输运工况的模拟。利用该耦合求解方法,底泥输运过程对于管渠过流断面以及水流中污染物浓度的影响均可进行定量计算。耦合计算过程中全局时间步长由SWMM的时间步长确定,通过对底泥输运模型进行适当的调整使其适应SWMM时间步长,从而实现模拟的数值稳定性,避免了底泥输运模型出现过度沉积或过度冲刷引起数值不稳定的情况。该模拟方法通过2个案例进行了验证。通过案例的模拟结果可以看出该耦合过程可以给出稳定且合理的模拟结果,可以模拟管渠底泥的沉积及冲刷的过程以及其对于管渠过流断面及污染物浓度变化的影响。相较于单纯的SWMM模拟结果,耦合模型可以给出更加准确的模拟结果。

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【部分图文】：

图1沉积物浓度计算结果验证与修正流程

通过上述修正方法可以在不改变SWMM5时间步长确定机制的条件下，实现耦合过程的数值稳定性。但是这种方法在处理高浓度、高沉降性（如粘滞性性小、粒径较大）的沉积物颗粒时，仍然可能出现相邻时间步长C、Ad计算结果差异较大的情况，虽然不会出现数值震荡的情况，但是可能增加模拟过程的连续性误....

图2案例1管网结构

将上述耦合计算方法应用2个不同的案例模型中。模型1为一个简单的虚拟排水管网，其管网结构如图2所示，参数见表1。管网中各图元的属性如表1所示。该案例的作用是对于耦合算法的计算过程的数值稳定性及连续性误差问题进行分析。

图3案例2研究区域管网图

通过图5a、5b可以看出，通过耦合模拟方法可以模拟出管底淤积以及管网水质情况随降雨而产生的变化，在降雨密集的时间段，由于管内流量的增加造成底泥冲刷，从而降低了管底的淤积深度，同时管道水流的TSS浓度显著增高。而在降雨较少的时期，晴天流量中的TSS会在管底造成淤积，出现管底淤积深....

图4研究区域管网水力模拟校核结果

从图6可以看出，在整个冲刷过程中连续性误差的值在很低的范围内波动。误差的量化指标可以通过相对误差（E）来表示，相对误差的计算公式如公式（7）所示：图5案例1SWMM5模拟结果与耦合模拟结果对比

本文编号：3906471