悬浮物输运的数学模型.pdf

水 利 学 报 年 月 第 卷 第 期 文章编号 悬浮物输运的数学模型 丁玲 逄勇 范丽丽 沙银华 河海大学环境科学与工程学院 江苏南京 苏州苏园建筑设计有限公司 江苏苏州 摘要 为了研究镇江内湖悬浮物的输移运动规律 建立了二维悬浮物输运数学模型 模型考虑了风场及潮流作用 下悬浮物的输运 同时还考虑了悬浮物的沉降和再悬浮机制 采用切应力概念确定悬浮物的起悬量和沉降量 在 无结构网格上对水流和悬浮物输运方程进行有限体积的积分离散 应用高性能的 格式计算水量 动量及悬浮 物输运等通量 提高了数值模拟的精度 应用 次大规模水文和悬浮物含量的野外同步监测资料对模型进行了验 证 模拟值与实测值吻合较好 表明模型能合理地反映内湖水流及悬浮物的运动规律 关键词 镇江 内湖 实时同步监测 悬浮物数学模型 切应力概念 格式 中图分类号 文献标识码 悬浮物是水环境研究中的重要参数 主要由泥沙 藻类 微生物和动植物的碎屑组成 悬浮物的 存在直接影响了水体透明度和溶解氧 影响大型沉水植物生长及鱼类等水生动物的生存 使水质变差 镇江是长江三角洲典型的滨江城市 位于长江与京杭运河 条黄金水道交汇之处 镇江内湖位于 长江镇扬河段中段的世业洲汊道下段 六圩弯道上段右岸征润洲边滩内 水面面积约为 是镇江 的主要水体 内湖上游通过引航道与长江相通 下游在焦山东侧与长江汇聚 在潮位变化下与长江进行 水体交换 由于长江水体中大量泥沙的涌入 致使目前内湖水体悬浮物含量较高 透明度只有 水体明显浑浊 泛黄 严重影响了内湖水生生态系统的平衡 使水质进一步恶化 为研究内湖悬浮 物的输运扩散及运动规律 建立了二维悬浮物输移的数学模型 模型考虑了风场及潮流作用下悬浮物 的输运 同时还考虑了悬浮物的沉降和再悬浮机制 采用切应力概念 确定悬浮物的起悬量和沉降量 该模型基于无结构网格有限体积法 能较好地拟合计算区域的复杂地形和边界 采用高性能的 格式计算水量 动量及悬浮物输运等通量 提高了数值模拟的精度 同时 次野外的水文和悬浮物含 量的同步监测为模型的验证提供了详细准确的基础资料 野外同步监测 监测时间及监测点布设 根据长江镇江段近期潮汐变化情况 确定 年 月 日 农历 月 日 大潮汛 和 年 月 日农历 月 日 大潮汛 的全日潮为枯季和洪季的 次监测时间 在引航道上 下断面 运粮河 焦南闸布设了 个监测断面 每个断面均设 条垂线 在内湖主体水 域布设了 个监测点 每点设一条垂线 同步监测水文 含沙量 悬浮物浓度等项目 具体点位见图 监测方法 水位观测 在引航道上 下断面 运粮河 焦南闸 处断面进行水位观测 其中焦南 闸设置自记水位记实施观测 引航道上 下断面 运粮河采用人工现场观测即每 观测 次 高 低 潮 前后加密观测 时间为 同步观测 流速流向监测 在各垂线处进行定点流速流向测量 垂线 收稿日期 基金项目 国家 计划资助项目 作者简介 丁玲 女 江苏淮安人 博士生 主要从事水环境保护方面的研究 定点流速 流向测验运用 流速流向仪 涨潮每逢整点小时前后施测 次 落潮每 施测 次 各 条垂线全潮定点流速 流向测验均同步进行 悬浮物浓度监测 引航道上 下断面 运粮河 焦南闸 处断面 每个断面设 个采样点 内湖 个监测点各设一个采样点 各采样点均采集表层 水面下 水样 样品采集后按照规范要求分批及时送回实验室 根据 水和废水监测分析方法 及 湖泊富营 养化调查规范 第二版 分析测定悬浮物浓度 图 监测断面及监测点位置 监测结果 次监测的潮位特征值见表 各垂线全潮流速特征值见表 内湖水域垂线悬浮颗粒 含量见表