基于EFDC模型的龙景湖死水区水动力数值模拟研究

发布时间：2017-07-28 21:21

  本文关键词：基于EFDC模型的龙景湖死水区水动力数值模拟研究

  更多相关文章： EFDC 潜水推流器 死水区 水动力模型

【摘要】：湖库水体恶化是现今社会面临的严峻问题,湖库中湖湾水体流动速度慢,流动性差,水质恶化更加严重。水动力数学模型是环境工程领域对水体进行水动力研究的重要方法,并且在湖库研究中得到了较为广泛的应用。龙景湖形状非常不规则,整体形状呈细长形,分布着大量大小不一的湖湾分岔,湖湾内水体流动性差、水流速度基本为零,水质较差。参考大量文献和资料确定了流速小于0.1m/s的水域为死水区,通过对湖区进行流速监测确定了凌云桥附近的一处湖湾作为研究对象,采用潜水推流器以改善水体流动性,进而改善水体水质。湖湾底部地形复杂、岸边界不规则,潜水推流器安装位置不同,其产生的流场受到的影响也不同,为了探究潜水推流器在不同位置时对试验水域的水动力影响程度,本文利用EFDC(环境流体动力学模型)模型构建了龙景湖死水区水动力数值模型进行该研究,主要结论如下:(1)为了获得更加准确的模拟结果,需对模型进行验证,选定的7个监测点的流速模拟相对误差分别为5.27%、12.24%、8.76%、11.62%、10.30%、20.91%、24.53%,7个监测点的水位模拟相对误差均小于1%。(2)潜水推流器布点需考虑3点:1)潜水推流器产生的轴向推进、径向扩散的射流流场2)浮游植物在垂向上的分布特征;3)潜水推流器对水体底部的扰动作用。基于以上特点确定了三套布点方案,方案一布点位置为研究水域两侧凸岸的中间点,方案二的布点位置是在方案一的基础上向北边岸边移动5m后的位置,方案三的布点位置是方案一的布点位置与西侧凸岸布点位置的中间点。(3)利用EFDC对三套方案进行水动力模拟得到了潜水推流器在不同安装位置的模拟流速分布图,模拟时间区间内第二天、第五天和第八天的流速模拟图相似度达到了95%以上,说明潜水推流器稳定运行后,其产生的流场基本不变;模拟流速衰减速率逐渐降低,沿推进方向的径向流速也呈逐渐降低的趋势,且径向流速衰减速率远大于轴向流速衰减速率。经计算方案一的模拟流场分布图长约45.2m,宽约10.7m,面积约362m2;方案二的模拟流场分布图长约40.3m,宽约9.7m,面积约311m2;方案三的模拟流场分布图长约为39.3m,宽约为9.8m,面积约307m2,三套方案的最大模拟流速分别为0.724m/s、0.6129m/s、0.4962m/。为最大程度地改善死水区水动力条件,分析三套方案模拟流场图后,将方案一作为模拟最优布点方案。(4)利用实测流速数据绘制三套方案的实测流速分布图,流速监测时受到推流器和风场对船的推移作用以及风场对水面的干扰使实测流速小于模拟流速,并且对低流速水域测定时影响程度更大使其等高线呈现明显的“锯齿”形,三套方案的实测最大流速分别为0.61m/s、0.55m/s、0.48m/s,通过计算,方案一的实测流速分布图长约40.5m、宽约9.4m、面积约321m2;方案二的实测流速分布图长约37m、宽约8.5m、面积约287m2;方案三的实测流速分布图长度约35.5m,宽约9.1m,面积约276m2;实测得到的最优布点为方案一。(5)为考量不同水动力条件对水体水质影响程度,对三套方案进行了水质检测,推流器采用方案一的布点方式产生的流速最大,流场范围也最大,对死水区扰动程度也最大,对湖湾富氧率平均达到了15%,而方案二和方案三仅为3%和5%左右;推流器扰动水体产生的剪切作用抑制浮游植物的生长繁殖,湖湾内叶绿素a含量低于对照点叶绿素a含量,且方案一中叶绿素a去除率平均为32%左右,而方案二和方案三分别为14%和6%;推流器的复氧效果使水体含氧量增加,微生物活性和活动力增强,湖湾中氮磷营养盐含量和高锰酸盐指数均低于对照点的含量,方案一流速最大,复氧效果最好,其氨氮去除率较高,为33%,总氮、总磷和高锰酸盐去除率相对较低,分别为18.9%、15.3%、22%,方案二和方案三水流速度相对方案一较低,其氮磷营养盐和高锰酸盐指数去除率相对较低。通过上述结论得,模拟得到的最优点与实测得到的最优点吻合,方案一为最优布点方式。
【关键词】：EFDC 潜水推流器 死水区 水动力模型
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X143;X524
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究进展11-16
• 1.2.1 水动力学数值模型的研究现状及发展趋势11-12
• 1.2.2 常用的水动力数值模拟软件12-14
• 1.2.3 国内外湖库水质保障技术14-16
• 1.3 课题研究内容、目的、意义及技术路线16-20
• 1.3.1 研究目的与意义16-17
• 1.3.2 课题研究内容17-18
• 1.3.3 技术路线18-19
• 1.3.4 研究来源19-20
• 2 基于EFDC的龙景湖死水区模型构建20-34
• 2.1 EFDC模型介绍20-21
• 2.1.1 EFDC模型的功能模块构成及适用范围20-21
• 2.1.2 EFDC模型的主要输入输出文件类型21
• 2.2 EFDC模型控制条件及水动力模块使用流程21-27
• 2.2.1 EFDC模型的主控方程22-24
• 2.2.2 EFDC模型的水动力方程的离散求解24-27
• 2.2.3 EFDC模型水动力模块的使用流程27
• 2.3 龙景湖死水区域选定及网格划分27-33
• 2.3.1 龙景湖死水区域选定27-30
• 2.3.2 模型计算区域网格划分30-33
• 2.4 本章小结33-34
• 3 基于EFDC的龙景湖死水区水动力模拟及优化布点34-52
• 3.1 水动力模拟初始条件及参数设定34-37
• 3.1.1 水动力模拟初始条件和边界条件34-36
• 3.1.2 水动力模拟相关参数36-37
• 3.2 水动力模型验证37-47
• 3.2.1 水动力模型启动38-39
• 3.2.2 流速验证39-43
• 3.2.3 水位验证43-47
• 3.3 潜水推流器布点47-50
• 3.3.1 潜水推流器布点依据47-49
• 3.3.2 潜水推流器布点优化方案49-50
• 3.4 本章小结50-52
• 4 龙景湖死水区水动力及水质影响分析52-78
• 4.1 龙景湖死水区流场模拟结果分析52-58
• 4.1.1 方案一的模拟流场分布图及流场分布规律52-53
• 4.1.2 方案二的模拟流场分布图及流场分布规律53-55
• 4.1.3 方案三的模拟流场分布图及流场分布规律55-57
• 4.1.4 确定最优布点方案57-58
• 4.2 龙景湖死水区实测流场结果分析58-60
• 4.2.1 方案一实测流场分布图及分布规律58-59
• 4.2.2 方案二的实测流场分布图及分布规律59
• 4.2.3 方案三的实测流场分布图及分布规律59-60
• 4.3 水动力条件对龙景湖死水区水质影响分析60-77
• 4.3.1 溶解氧变化分析61-64
• 4.3.2 叶绿素a变化分析64-66
• 4.3.3 氮磷营养盐变化分析66-74
• 4.3.4 高锰酸盐指数变化分析74-77
• 4.4 本章小结77-78
• 5 结论与建议78-80
• 5.1 结论78-79
• 5.2 建议79-80
• 致谢80-82
• 参考文献82-88
• 附录88-89
• A 作者在攻读硕士学位期间获得的科研成果88-89
• B 符号说明89

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 夏永忠;高峰;吴进;谢新年;;潜水搅拌器(推流器)结构优化[J];泰州职业技术学院学报;2011年05期

2 梅红霖;;潜水推流器的技术提升[J];中国环保产业;2012年05期

3 梅红霖;丁九光;李波;翁磊;吴琛;;水上安装的潜水推流器[J];中国给水排水;2012年04期

4 梅红霖;;潜水推流器提升机构滑轮的改进设计[J];通用机械;2012年10期

5 梅红霖;;减速机在潜水推流设备中的应用设计[J];通用机械;2012年03期

6 梅红霖;;潜水推流搅拌器动密封系统技术改进[J];给水排水;2012年05期

7 谢恩;罗固源;许晓毅;;温度对环形推流反应器处理效果的影响[J];环境工程学报;2012年10期

8 姜宁;徐璇;吉芳英;陈瑞弘;;污水螺旋推流器的设计及试验效果研究[J];中国给水排水;2014年09期

9 周大庆;吴思源;郑源;;基于CFD的氧化沟推流器能量配置计算[J];排灌机械工程学报;2013年05期

10 魏玮;魏建文;王敦球;耿琳琳;;氧化沟的曝气推流[J];水科学与工程技术;2011年02期

中国重要会议论文全文数据库 前3条

1 曾志波;洪方文;熊紫英;周斌;陆林章;周伟新;周文忠;王淦;;推流器选型技术研究[A];第二十一届全国水动力学研讨会暨第八届全国水动力学学术会议暨两岸船舶与海洋工程水动力学研讨会文集[C];2008年

2 陈云峰;胡林;张彦辉;唐宝宝;胡洪平;胡元太;;推流器布置对实验池水流速度场的影响[A];中国计算力学大会'2010（CCCM2010）暨第八届南方计算力学学术会议（SCCM8）论文集[C];2010年

3 曾志波;洪方;陆林章;张军;;推进器水动力学在环境流体治理中的拓展应用[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 ;把发明专利权延伸到多国[N];江苏科技报;2008年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 谢恩;环形推流反应器流态分析及反硝化除磷试验研究[D];重庆大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 陈川;潜水推流器对龙景湖湖湾死水区水质影响试验研究[D];重庆大学;2015年

2 李骁;基于EFDC模型的龙景湖死水区水动力数值模拟研究[D];重庆大学;2016年

3 杨超;基于NGOD架构的VOD推流服务器的研究与实现[D];北京邮电大学;2013年

，

本文编号：586069