基于EFDC模型的御临河回水区水动力数值模拟

发布时间：2017-04-17 19:20

  本文关键词：基于EFDC模型的御临河回水区水动力数值模拟，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：三峡工程是当今世界上最大的水利水电枢纽工程,现在三峡工程在防洪、灌溉、航运、发电和旅游等方面发挥着巨大的作用和效益,但是三峡工程可能造成的一些环境和生态方面的影响,也越来越受到人们的关注。随着三峡工程的运行,周期性的蓄放过程给上游水体的水文情势带来了巨大的改变,库区支流完全受到了回水的影响,其生态环境也发生了巨大的改变。目前库区受回水影响的支流都出现了不同程度的富营养化,而水动力学特征是造成这种改变的很重要的原因之一。为了了解库区支流的水动力是如何受三峡蓄放过程的影响,本文以重庆市江北区的御临河为研究对象,利用环境流体力学代码EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)模型建立了御临河水动力学数值模型,并利用实测的水位数据、流速数据对模型的参数率定和模拟结果进行验证。主要研究结论如下:①为了获得更好的模拟结果,利用Delft3D软件围绕御临河河岸线绘制了御临河水动力模型的正交曲线网格,由于御临河长度太大,所以把御临河回水区分为三段,下游断面是河口到排花、中游断面是排花到舒家、上游断面是舒家到梅溪,把Delft3D生成的网格导入EFDC之中,则三段的水平网格各为1820个,2820个和2070个,在垂向上网格分为5层。基于御临河32个断面和31条中泓线的ADCP断面数据构建了模型的三维水下地形图。②利用EFDC构建了御临河回水区的水动力模型,模拟了两年的御临河在蓄水期和放水期的流场变化,并利用了ADCP获得的实测的流速数据和水位数据对模型进行了验证。通过对流速和水位这两个指标的实测结果和模拟结果对比。验证结果显示,河口的流速和水位验证的平均相对误差为9.20%和8.90%;排花的流速和水位验证的平均相对误差为18.00%和3.51%;舒家的流速和水位平均相对误差为-1.62%和-13.65%;而梅溪的流速和水位验证的平均相对误差为21.28%和-17.75%。③御临河的水文受到了三峡蓄水的影响,在9月中旬,回水初期的时候,三峡水库开始蓄水,御临河位于库区的尾部,所以只有河口处出现部分回水,其它断面没有回水的出现。到11月中旬,处于回水中期,此时,河口到舒家段都处于回水区,回水区的顶端为于梅溪段到舒家段的河段。到12月初时,回水末期,回水区面积达到最大,从梅溪到河口都处于回水区,而且梅溪段的模拟结果显示在12月的5号到7号,梅溪段的部分流场从负向转到正向,其速率大小为0.12m/s-0.25m/s。实际中,12月初正是回水的末期。12月末为三峡水库的放水初期,模拟结果显示,回水区的流场比较杂乱,但是逐渐开始变向正向,流速也开始逐渐的变大,其速率的变化范围为0.17m/s-0.32m/s。1月中旬的时候,处于放水中期,御临河回水区的流场开始大面积变为正向,流速进一步增大,其值变为0.24m/s-0.35m/s;到2月中下旬的时候,处于放水末期,整个御临河回水区的流场方向都变为正的,其速率的值域变为0.30m/s-0.55m/s,流速进一步变大,御临河表现出正常河流的水文特性,这也表示,三峡水库对御临河的影响减到最小,长江的回水已经不能影响御临河的水文了。到4月份的时候,整个三峡水库放水完成了,然后到9月份开始下一个的蓄放周期。④对御临河重点断面河口进行水动力模拟,模拟结果显示:由于潮流和径流、科式力、离心力、水流密度的影响,以及河口地形的影响,御临河的河口,在横向和纵向上存在着环流。在蓄水中期时,河口的环流现象是最明显的。在蓄水的前期、中期、御临河河口表层流速为正、底层流速为负,蓄水后期,表层和底层流速都变为正向。在蓄水期,河口的表层和底层的平均速率分别为0.026m/s和0.027m/s;而在放水期,表层和底层的平均速率则各为0.076m/s和0.061m/s。
【关键词】：EFDC 水动力模型 三峡水库蓄放 回水 环流
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV131.2
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-11
• 1 绪论11-25
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 国内外研究进展12-20
• 1.2.1 流量监测工具的现状12-13
• 1.2.2 水动力数值模拟的研究现状13-16
• 1.2.3 常用水动力模型16-20
• 1.3 研究的目的、内容、技术路线20-25
• 1.3.1 研究的目的20-21
• 1.3.2 研究的内容21-23
• 1.3.3 技术路线23
• 1.3.4 研究的来源23-25
• 2 基于EFDC的御临河回水区水动力模型构建25-45
• 2.1 EFDC模型简介25-31
• 2.1.1 EFDC模型的主控方程25-26
• 2.1.2 水动力方程的求解26-29
• 2.1.3 EFDC模型的结构模块29-30
• 2.1.4 EFDC_Explorer文件30-31
• 2.1.5 EFDC模型的应用流程31
• 2.2 御临河的流域概况31-33
• 2.3 计算区域网格划分33-38
• 2.4 河底地形概化38-40
• 2.4.1 御临河水下地形测量38-39
• 2.4.2 基于EFDC的御临河河底地形概化39-40
• 2.5 水动力模型初始、边界条件和计算参数40-43
• 2.5.1 水动力模型初始条件40-41
• 2.5.2 水动力模型界条件41-43
• 2.5.3 水动力模型有关计算参数设定43
• 2.6 本章小结43-45
• 3 御临河回水区水动力数值模拟和结果验证45-57
• 3.1 水动力模型的启动45
• 3.2 水动力模型的验证45-55
• 3.2.1 流速验证45-50
• 3.2.2 水位验证50-55
• 3.3 本章小结55-57
• 4 御临河回水区蓄放周期内的流场分析57-79
• 4.1 平面 2D流场分析57-67
• 4.1.1 回水区下游 2D流场分析57-60
• 4.1.2 回水区中游 2D流场分析60-64
• 4.1.3 回水区上游 2D流场分析64-67
• 4.2 纵向流场分析67-78
• 4.2.1 回水区下游纵向流场分析67-71
• 4.2.2 回水区中游纵向流场分析71-74
• 4.2.3 回水区上游纵向流场分析74-78
• 4.3 本章小结78-79
• 5 御临河河口蓄放周期内的流场分析79-87
• 5.12D平面流场分析79-80
• 5.1.1 蓄水期的 2D流场变化分析79-80
• 5.1.2 放水期的 2D流场变化分析80
• 5.1.3 三峡的蓄放过程对河口平面流场的影响分析80
• 5.2 纵向流场分析80-82
• 5.2.1 蓄水期纵向流场变化分析80-81
• 5.2.2 放水期纵向流场变化分析81-82
• 5.2.3 三峡蓄放过程对河口纵向流场的影响分析82
• 5.3 河口环流分析82-84
• 5.3.1 横向环流82-83
• 5.3.2 纵向环流83-84
• 5.4 河口表层底层流速模拟分析84-85
• 5.5 本章小结85-87
• 6 结论与建议87-89
• 6.1 结论87-88
• 6.2 建议88-89
• 致谢89-91
• 参考文献91-95
• 附录95
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文95
• B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目95

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1 方俊华;重庆渝北区御临河流域水污染治理规划研究[D];重庆大学;2004年

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本文编号：314138