感潮区城市河网水量水质调度模型研究

发布时间：2020-09-02 08:08

　　随着福州经济的飞速发展,福州市主城区水生态受损严重,黑臭水体现象愈发普遍,为解决城区水环境问题,研究城区河网水流的运动规律和水环境变化规律刻不容缓。本文以福州江北城区河网水系为对象,在水文要素观测的基础上,利用河网水系特点、水生态与水环境现状建立一维水量水质数学模型。在模型构建的基础上,采用2012月8月及2012年10月两次现场实测的水位流量数据对模型进行率定和验证,结果表明,所构建的水动力水质耦合模型能较好的反映现状工况调控下的水流及污染物运动分布的规律特征,满足本研究的实际需求。选取NH_3作为考察水质的重要指标,利用建立的耦合模型在50%、60%、70%、80%截污率条件下模拟江北城区内河现状补水工程和“完善工程”(规划生态补水工程)两种情形下的水动力水质情况,研究分析河道水流水质的时空变化特点,查明内河水动力水质存在的问题,对于存在的主要问题,开展内河闸泵联合调度方案研究。针对闸泵联合调度的研究,利用SCE-UA算法优化水工建筑物调控参数,构建基于SCE-UA的优化模型,模拟两种设定的优化情景,优选出最佳的调度方案,以期达到合理分配水量、改善内河水质的目标。本文主要研究结论如下:(1)利用已验证的水动力水质模型对现状补水工程进行模拟,结果表明,在现状工况下新西河泵站的引水量对白马河水系的水质影响明显,其中,大庆河水质的变化幅度最为剧烈;光明港水系中瀛洲河、光明港一支河等河道受沿江水闸关闭的影响,导致水质很差;晋安河水系中屏东河-五四河-琼东河区域和琼东河-打铁港区域因引水流量分配不合理,东部磨洋河水系、新店片水系以及晋安河支流因得不到水源补充,都产生可不同程度的水质问题。(2)利用构建的模型对“完善工程”进行模拟,结果表明,在“完善工况”下白马河水系和光明港水系水质改善效果与现状工程接近;晋安河水系水质的改善效果降低,其中,屏东河、打铁港的水质问题最为突出;磨洋河上游水质较好,但磨洋河下游水质并没有明显改善;新店片水系因获得足够的补水,整体上水质得到改善。(3)在“完善工程”的基础上,开展优化方案研究,利用SCE-UA算法求解优化模型的水工建筑物的参数,基于已验证的模型对两种优化方案进行模拟,考察两种优化方案下水质的改善情况。结果表明,两种方案改善效果相当,均能使江北内河水质达到地表Ⅴ类水标准。但对于打铁港河道,通过比较NH_3指标峰值,得出优化方案二的改善效果是方案一的2.6倍,是“完善工程”的4.5倍。另外,考虑到建设水闸的经济、环保、安全等因素,得出方案二优于方案一的结论。通过本文研究,在江北城区河网开展的水量水质耦合模型模拟和小区域联合调度成果,具有较好的适应性和可靠性,对福州主城区以及具有相似河流水系特点的城市的水环境保护和治理提供了理论依据和技术支持。
【学位单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TV213.4;X52
【部分图文】：

路线图,主要技术,路线图,路线

主要技术路线图

福州城区,概况,地形,位置

2 研究区域概况位置及地形地貌州简称榕城，是福建省省会，地处中国东南沿海，与台湾省隔海相望。位于北′~26°39′，东经 118°08′~120°31′，西邻南平、三明，北接宁德市，南接莆田市，。福州全市总面积约 1.20 万 km2，其中市区总面积约 1043km2。全市海域总面万平方公里，海岸线长 1137 公里[42]。究区属于典型河口盆地，以山地、丘陵地貌为主，占全区土地总面积的 72.68%城，北起莲花峰，南至五虎山，西起大腹山，东达鼓山，地势西高东低，北高拔多在 600~1000m 之间。研究区属于闽江流域，流域内最大河流闽江横贯城市流入海，将福州分成两大城区[43]，北部为主城区包含晋安区、鼓楼区、台江区区，南部整个岛屿为仓山区，如图 2-1 所示。利用 ArcGIS 对其进行地形渲染2-2 所示，可以发现，城区外被群山环抱，城区内整体地势较平坦，内河水系较

水系图,水系图,详细地

图 2-2 研究区详细地形及水系图Figure 2-2 Detailed terrain and water system map of the study area文条件海洋性亚热带季风气候，全年冬短夏长，温暖湿润，年平均日照数为时；年平均气温为 19.3℃；年相对湿度约 77%；主导风向为东北风，多/s[44]；年平均降水量为 900～2100mm，在对 106a(1900～2005 年)来福计分析，平均每年约 2 次，并且未来有增大的趋势[44],多集中在 7-9 月，期间带来的连续高强度、历时短的降雨极易导致洪涝灾害。福州冬季一山等海拔较高地区有零星降雪。实测流量站，在北部山区有赤桥水文站，雨量站主要有解放大桥、赤桥。根据闽江下游竹岐水文站 1934 年至 2011 年的统计资料，多年平均年 m3，最大值为 2010 年 845.92 亿 m3，最小为 1971 年 268 亿 m3，流域为 966mm。从竹岐站 1934 年～2011 年共 77 年资料统计（缺 1941 年） 2004 年洪峰流量为 3580m3/s，实测最大值为 1998 年 6 月 23 日洪[45]

【参考文献】