汾河水库突发环境事件数值模拟研究

发布时间：2017-12-06 01:20

  本文关键词：汾河水库突发环境事件数值模拟研究

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【摘要】：我国北方干旱地区普遍存在资源性缺水的问题,水库已经成为很多城市的主要水源地,水库突发环境事件不仅威胁居民饮水安全,而且会影响城市稳定,引发社会公共危机。国内外突发环境事件的研究大多数集中在海域与河流,针对水库突发环境事件的研究相对较少,尚未形成系统的理论成果来指导水库突发环境事件的应急处置工作。汾河水库是山西省最大的饮用水水源地,水库控制流域内工业企业布局复杂,周边路网发达,一旦这些区域突发环境事件将严重影响省城太原及周边区域居民的饮水安全。因此,有必要对汾河水库突发环境事件进行深入研究。本文以汾河水库为研究对象,应用环境系统分析的思想方法,确定研究技术路线;以数据资料为基础,进行实地调研,识别水库环境风险源及风险物质;构建汾河水库二维水动力-水质耦合模型;设置不同情景对突发环境事件进行预先模拟,确定不同情景下污染物的扩散路径、扩散范围、浓度分布的规律,当突发环境事件真正发生时,可以对污染物的扩散路径、扩散范围及浓度分布进行指导,论文的研究成果主要体现在:(1)针对我国北方干旱地区水库的水环境特点,应用系统化的思想方法,综合水动力模型、物质输移扩散模型,形成一套可以定性定量进行水库突发环境事件应急处置的技术体系。(2)通过实地勘探了解汾河水库的地理位置,通过GPS定位确定汾河水库边缘点位坐标,借助gis技术数字化水库边界;建立三角形网格系统并导入水深文件,经过三角内插、边界外延和多次平滑处理获得数值地形;生成库区进出水、蒸发降雨及风速风向的时间序列;建立水动力-水质耦合模型,进行参数率定和模型验证,最终确定参数取值。(3)从固定源和移动源出发,识别汾河水库上游以及周边道路的潜在环境风险源,确定汾河水库流域的固定风险源主要是上游的工业企业风险源,移动风险源主要是周边道路的交通事故风险源,筛选出具有代表性的固定风险源、移动风险源及其风险物质。(4)分别考虑事件源、初始浓度、排放入口、风向及风速对污染物扩散路径、扩散范围及浓度分布的影响,设置多种情景,利用建立的二维水动力-水质耦合模型进行汾河水库突发环境事件数值模拟,揭示不同情景下污染物的迁移扩散及浓度分布规律。(5)突发环境事件模拟分析得:1)当事件源、排放入口及风作用均相同时,污染物初始浓度增加,水库的污染物扩散范围不变,但水库的超标面积增加;同一点的污染物浓度与初始浓度正比例相关。2)当事件源、排放入口及初始浓度相同时,无风时污染物以排放入口为中心向四周辐射状扩散,有风时污染物扩散路径改变,扩散速率增加;风向决定污染物的扩散路径,风速的大小决定污染物的扩散的速率及扩散范围;风速相同时,污染物的扩散速率西北风西南风;风向相同时,污染物的扩散面积和超标面积与风速近似服从线性关系。3)当事件源、初始浓度、风向及风速都相同时,污染物的扩散范围东侧排放口北部上游干流入口西部涧河入口。(6)基于汾河水库突发环境事件模拟结果,确定不同情况下污染物的扩散路径、扩散距离、扩散范围及污染程度与排放入口、初始浓度、风向及风速的关系,建立突发环境事件后可快速查询污染物迁移扩散及浓度分布的应急预估表,并探索性地提出了突发环境事件的应急防范措施。本研究综合水动力模型、物质输移扩散模型,较系统的分析了汾河水库突发环境事件时污染物的迁移扩散和浓度分布规律。为汾河水库突发环境事件时确定污染物的扩散路径、扩散范围及浓度分布进行指导,具有一定的现实意义。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X524

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本文编号：1256880