江阴城区水环境数学模型建立和应用研究.pdfVIP

江阴城区水环境数学模型建立及应用研究 李曦 河海大学环境科学与工程学院，南京（210098 ） E-mail：lixi82@163.com 摘 要：根据2005 年9 月21 日进行的江阴城区调水试验的实测数据，建立江阴河网区水量 水质数学模型，并应用该模型计算分析了不同引水线路——分别通过黄山港和白屈港从长江 引水对江阴城区水环境的改善效果。结果表明：以应天河为界，北部城区的水环境可以通过 黄山港引水得到改善；南部城区的水环境只能通过白屈港线路引水，且两种引水方案都必须 持续 10h 以上。 关键词：原型调水实验；水量水质模型；率定；方案 1. 引言 江阴市北临长江，南近太湖，是全国著名的经济发达地区。随着工农业生产和城市建设 的高速发展，水资源配置不合理和水环境恶化正逐步成为制约江阴市社会经济发展的主要因 素。为了改善江阴市的水环境状况，一方面需要从污染防治入手，提高污水处理率，点源面 源治理双管齐下；另一方面从江阴市紧邻长江的优势出发，研究引水改善水环境的各种途径。 根据江阴的实际情况，目前有两条引水线路：分别通过黄山港和白屈港（见图1）从长 江引水来改善城区水环境。这两条通江河道都建有相应的泵站实现泵引，黄山港泵站的流量 3 3 为8m /s ，白屈港泵站的流量为100 m /s 。 2. 江阴河网区水环境数学模型建立 2.1 水量水质基本方程 2.1.1 水量基本方程 水量计算的微分方程是建立在质量和动量守恒定律基础上的圣维南方程组，以流量Q (x, t)和水位Z （x, t ）为未知变量，并补充考虑了漫滩和旁侧入流的完全形式圣维南方程组为： ∂Q ∂Z +BT q （1） ∂x ∂t ∂Q ∂ Q2 ∂Z Q Q Q + ( ) +gA +gA 2 + q 0 （2 ） t x A ∂x K A ∂ ∂ 式 中：Z 为水位；Q 为流量；K 为流量模数；q 为单位河长旁侧入流；A 为主槽过水断面面积； g 为重力加速度；x 为沿水流方向距离；t 为时间；BT 为调蓄宽度，指包括滩地在内的全部 [1-2] 河宽。采用Preissman 四点隐式差分格式离散方程组 。 2.1.2 水质基本方程 河网对流传输移动问题的基本方程表达如下： ∂(AC ) ∂(QC) ∂ ∂C （3 ） + − (AEx ) +Sc −S 0 ∂t ∂x ∂x ∂x NI dZ ∑(QC)I ,j (CΩ)j ( )j （4 ） I 1 dt 式中：Q、Z 是流量及水位；A 是河道面积；Ex 是纵向分散系数；C 是水流输送的物质 浓度；Ω是河道叉点——节点的水面面积；j 是节点编号；I 是与节点j 相联接的河道编号； - 1 -