一維二維水動力模擬、水質(zhì)建模、復(fù)雜河網(wǎng)構(gòu)建技術(shù)環(huán)境影響評價、防洪評價與排污口論證
數(shù)學(xué)模型在水環(huán)境評價、防洪評價和排污口論證等領(lǐng)域中的重要作用,隨著人類活動的不斷增加和環(huán)境問題的日益突出,對水資源和水環(huán)境的保護(hù)與管理變得至關(guān)重要。為了更好地理解和應(yīng)對這些挑戰(zhàn),數(shù)學(xué)模型成為一種強(qiáng)大的工具,能夠提供量化的分析、預(yù)測和決策支持。
數(shù)學(xué)模型在水質(zhì)、水量和水生態(tài)等方面發(fā)揮著重要作用。通過建立水質(zhì)模型,我們可以模擬污染物的擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移,評估水體的污染狀況,并制定相應(yīng)的水質(zhì)改善方案。水量模型能夠模擬流域的水循環(huán)過程,預(yù)測降雨-徑流過程和地下水補給等,為水資源管理提供科學(xué)依據(jù)。此外,水生態(tài)模型可以幫助我們理解水生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性,預(yù)測物種分布和生態(tài)過程,為生態(tài)修復(fù)和保護(hù)提供決策支持。
在防洪評價領(lǐng)域,數(shù)學(xué)模型在洪水的模擬和風(fēng)險評估中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。洪水模型能夠模擬洪水的形成、傳播和演變過程,預(yù)測洪水的水位、流量和到達(dá)時間,從而為防洪設(shè)施的規(guī)劃和管理提供科學(xué)依據(jù)。同時,洪水風(fēng)險評估模型可以結(jié)合洪水模擬和脆弱性評估,量化洪水對區(qū)域的影響,幫助制定洪水風(fēng)險管理策略。
排污口論證過程中,數(shù)學(xué)模型可以模擬污染物在水體中的傳輸和擴(kuò)散過程,評估排放污染物對水環(huán)境的影響。這些模型能夠幫助確定排污口的位置、數(shù)量和排放標(biāo)準(zhǔn),優(yōu)化排污策略,并提供水環(huán)境管理措施。水質(zhì)評估模型則能夠結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)和水質(zhì)指標(biāo),評估排污口對水體水質(zhì)的影響程度,判斷水體是否符合相關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),并提供改善建議。
常用的數(shù)學(xué)模型軟件,如HEC-RAS、MIKE系列軟件、EFDC、DELFT3D、FVCOM、SWAT+、SWMM等等。這些數(shù)學(xué)模型軟件涵蓋了不同的領(lǐng)域和應(yīng)用范圍,提供了豐富的功能和算法,以支持水環(huán)境評價、防洪評價和排污口論證等工作。然而,需要注意的是,數(shù)學(xué)模型只是輔助決策的工具之一,其應(yīng)用仍需結(jié)合實際情況、合理設(shè)置參數(shù)和輸入數(shù)據(jù),并與現(xiàn)場監(jiān)測相結(jié)合。此外,模型的準(zhǔn)確性和可靠性也需要不斷驗證和改進(jìn),以保證其應(yīng)用的科學(xué)性和有效性。目的在與不僅僅學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)模型的建立方法,更重要的是如何將模型在規(guī)范及項目實際性質(zhì)條件下模型的運用。(備注課程所需軟件環(huán)境,請大家自行準(zhǔn)備)
專題一:一維水動力模型模擬一河道水流的應(yīng)用
通過實例操作、掌握簡單河道或復(fù)雜河網(wǎng)MIKE一維水動力模型(HD)、水質(zhì)模型(AD)和建筑物模型(SO)模塊的建模方法,并掌握其在防洪影響評價、環(huán)境影響評價和入河排污口設(shè)置論證中的應(yīng)用。
1.1 MIKE11模型的整體架構(gòu)


圖1 MIKE11模型家族文件
1.2 河網(wǎng)文件的制作

圖2 嘉陵江下游一維河網(wǎng)文件制作
1.3 河道斷面文件制作

圖3 嘉陵江下游一維河網(wǎng)文件制作
1.4 邊界條件文件制作

圖4 嘉陵江下游邊界條件制作
1.5 模擬文件制作

圖5 嘉陵江下游模型集成與運算
1.6 計算結(jié)果分析

圖6 嘉陵江下游模型計算結(jié)果分析
專題二:一維復(fù)雜河網(wǎng)模型構(gòu)建及建筑物設(shè)置
結(jié)合三峽庫區(qū)河網(wǎng)模型為例:
2.1復(fù)雜河網(wǎng)文件的制作

圖7? 三峽水庫河網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖
2.2 復(fù)雜河網(wǎng)邊界條件的設(shè)置

圖8? 三峽河網(wǎng)模型邊界條件設(shè)置
2.3 建筑物設(shè)置及其在防洪影響評價中的應(yīng)用

圖9 一維模型建筑設(shè)置
專題三:一維水質(zhì)模型在環(huán)境影響評價中的應(yīng)用
以深圳某河流治理工程為例,結(jié)合施工期和運行期工程,講解MIKE11一維水質(zhì)模型在:
3.1 水質(zhì)模型預(yù)測范圍
3.2 模擬預(yù)測指標(biāo)COD、氨氮、SS等指標(biāo)的模擬預(yù)測分析
3.3 模擬預(yù)測工況
3.4 預(yù)測結(jié)果分析

圖10 深圳河治理工程模擬范圍圖
專題四:平面二維水動力模型的構(gòu)建河驗證
以長江馬鞍山采石河段為例,講解平面二維水動力模型網(wǎng)格剖分,邊界條件設(shè)置,模型驗證等內(nèi)容。
4.1 確定模型預(yù)測范圍

圖11 根據(jù)工程現(xiàn)狀確定模擬范圍
4.2 利用MIKE21 Mesh Generator進(jìn)行網(wǎng)格剖分

圖12 對模擬范圍內(nèi)的網(wǎng)格進(jìn)行剖分
4.3 利用MIKE 21 Simulator構(gòu)建模擬文件
包括設(shè)置計算時間、糙率參數(shù)、邊界條件和輸出文件格式設(shè)定。

圖13 對模擬文件進(jìn)行設(shè)置
4.4 模型驗證

圖14 對模擬進(jìn)行驗證
專題五:平面二維水動力模型在防洪影響評價中的應(yīng)用
學(xué)習(xí)如何利用不同的方法在平面二維數(shù)學(xué)模型中概化碼頭、橋墩等建筑物,分析工程運行前后對上下游洪水位、流速、流向的影響。
5.1 如何在MIKE21模型中概化涉水工程

圖15 通過局部加糙的方式概化碼頭

圖16 通過網(wǎng)格排除法方式概化碼頭

圖17 直接在計算文件中添加一個引橋墩
5.2 分析工程運行前后洪水水位變化

圖18 工程前后洪水位變化

圖19 工程前后洪流速變化
專題六:平面二維水動力水質(zhì)模型在入河排污口論證中的應(yīng)用
以典型案例為教材,講解基于二維水質(zhì)模型的大型河流入河排污口的水環(huán)境影響預(yù)測。
6.1 利用MIKE Mesh Generator剖分四邊形網(wǎng)格
6.2 地形插值

圖20? 水質(zhì)模型網(wǎng)格剖分與地形插值
6.3 計算工況設(shè)計
6.4 邊界條件取值皮爾遜III型曲線繪制,水位流量關(guān)系曲線選取設(shè)計水位。

圖21 某站最小月均流量頻率曲線? ? ? ? ? ?圖22 某站水位流量關(guān)系曲線
6.5 計算結(jié)果展示與數(shù)據(jù)處理
6.6 入河排污口設(shè)置影響分析與評價

圖23? 水質(zhì)模型計算結(jié)果展示
基于多案例系統(tǒng)學(xué)習(xí)防洪評價報告編制方法與水流數(shù)學(xué)模型建模HEC、SWAT、SWMM、EFDC等
最新水文水動力模型在城市內(nèi)澇、城市排水、海綿城市規(guī)劃設(shè)計中深度應(yīng)用丨SWMM模型應(yīng)用