基于数值模拟的流域水环境综合信息管理理论与方法研究

发布时间：2020-07-15 00:49

【摘要】：近几十年来,我国越来越多的学者开始加大对流域水环境信息管理的研究力度和精力。但是从现行的研究成果来看,大多数研究都只是停留在流域水环境信息管理的方法。但是如果要是从信息管理理论的角度出发,那么对流域水环境综合信息管理的研究成果却很匮乏。而且流域水环境在气候变化与人类活动影响新形势影响下发生了很多变化,与之配套地产生大量的流域水环境问题。这些流域水环境问题已经给我国的经济发展和社会进步造成严重的掣肘,因此水环境问题也就成为一个不得不解决的严峻而又复杂的现实问题。随着计算机科技的突飞猛进,依托计算机技术而形成的数学模型计算也得到极大程度的发展。通过数模模拟的方法能更好地解决水环境问题。本文以流域水环境为切入点,在对比分析了现阶段对流域水环境综合信息管理不足的情况下,采用了流域水环境时空同化技术和流域水环境信息传输网络技术后,在借助于水环境数值模拟的方法补充完善水环境综合信息的基础上,构建了一个与流域水环境综合信息相配套的管理系统,并在金沙江流域中得到应用和检验。论文取得的主要研究成果如下：(1)面对流域的信息与资源共享这一重大问题时,需要通过分析水环境业务来构建出与流域水环境综合信息相配套的服务系统,并用该系统的总体架构来指导应用系统的开发。基于信息管理理论和方法,在该总架构下,将流域大气、水文、水情、水质等要素的实时监测信息、历史资料和地理信息数据建成数据库。并基于数据库的有效资料,通过数值模拟的方法,构建基于大气-水文-泥沙环境耦合的水质模拟技术系统,实现水生态监控三维模拟仿真系统,最终设计构建出与流域水环境综合信息相配套的管理系统。(2)为了构建在整个流域水环境综合信息管理系统中重要的环节之一的通信手段,采用可靠的方式完成数据从监测站到监控中心的实时传输。基于流域信息传输网络的建网原则,通过建网的关键技术,结合流域信息传输硬件与软件系统,构建出与流域水环境综合信息相配套的传输网络,结合流域水环境信息时空同化技术,建立了面向流域水环境综合信息服务的数据库。该数据库作为流域水环境综合信息管理系统的组成部分,既可方便地构造水质预测系统用于对流域进行模拟,又可应用于水环境模拟的在线监测,在流域水环境综合信息管理系统上相互协作,为水环境的科学管理提供依据。(3)拓展了流域水环境综合信息服务系统的核心技术,即是从流域水环境演变与调控、水利工程对流域水环境的影响研究、水污染防治工程设计、水资源保护规划与管理等方面研究了水环境管理的重要技术手段——通过流域水环境数值模拟定量描述流域水环境演变过程,基于流域下游流域大气、水文、水情、水质等要素的实时监测信息、历史资料和地理信息数据,通过建立有限区域数值天气预报模型、流域产流、产沙、产污模型、河道梯级多库联调水量水质耦合模型、面向生态环境的梯级水库群调度模型等,构建基于大气-水文-泥沙环境耦合的水质模拟技术系统,实现水生态监控三维模拟仿真系统,为流域下游流域环境安全监控和应急管理提供决策支持平台。(4)基于流域水环境综合信息服务系统的总体架构,构建出的流域水环境综合信息系统包括：数据库、接口和中间件、系统界面、应用子系统、配置方案、数据处理和信息共享标准、数据编码、运行和管理等内容。将流域水环境综合信息系统应用于金沙江流域,并检验其合理性。
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X143
【图文】：

技术路线图,技术问题,拟解,难点

一工图１．１技术路线图逡逑１．３．３研究中的技术难点及拟解决的关键技术问题逡逑本论文在研巧需要攻克レッ下几个方面的关键技术问题：逡逑（１）尺流域水环的全过程数值

洞庭湖,长江流域,河口

流域与域内的江河湖泊Ｗ及河流的河口之间有着十分紧密的关系。本文Ｗ长逡逑江流域为例，分析各耍素之间的关系。逡逑如图２．１所巧，长江流域江湖关系较为复杂。对于庞大的长江流域来说，江逡逑河湖泊构成了其主体的骨架，从流域域面汇入到江河湖泊中的水、泥沙、污染物逡逑等物质，最终会通过河道的输移汇入河口，再排除河口，归向东海。董耀华等［６６］逡逑把长江流域按照主支流关系具体划分为干流水体，雅碧江、顺江、嘉陵江、乌江、逡逑洞庭湖、汉江、都阳湖、太湖等８个主耍支流水系。主流Ｗ及各支流水系组成了逡逑长江流域庞大的水系网。流域内止地利用状况、植被覆盖、排污等条件的改变会逡逑对各水系的水量、含沙量及水质状况产生很大的影响［９２１。逡逑、＇乃特＾细言务逡逑◎邋ｅ遂谈的去％站，义＾铺游逡逑ｉ逡逑长沈流域水系树逡逑图２．１长江流域图逡逑洞庭湖作为长江水系的一个重要组成部分，其在长江中下游地区防洪中扮演逡逑着重要的角色，由于洞庭湖的调蓄，长江及四水的的洪峰得Ｗ削减。同时，由于逡逑主流自然状态的改变，比如说兰峡大项的建立，也会对洞庭湖区产生极大的影响。逡逑同时

水力特性,分流河道,干流,工程蓄水

＝峡工程蓄水运行后，由于来流过程变化加之来沙量减少，干流河道和分流逡逑河道发生不同形式冲巇变化，水位流量关系发生调整，王口分流量在水库蓄水后逡逑也发生明显变化（见图２．３）。逡逑８０００邋逦逡逑７０００邋逦邋？邋２００３－２００７逦逦逦？逦逡逑？Ｉ邋６０００邋——。２00８￣２0。逦——！＿逡逑Ｉ邋５。。。逦。＾巡寺各＊逦逡逑Ｓ：：邋—逦：￣＾Ｅ￣逦：逡逑２０００邋．．．—逡逑１０００邋逦—逦逡逑０邋－逡逑１０００逦１１０００逦２１０００逦３１０００逦４１０００逦５１０００逦６１０００逡逑枝城流量（ｎｒＶｓ）逡逑（ａ）

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