重慶兩江匯流流場(chǎng)及水質(zhì)的數(shù)值模擬.pdf

1、長(zhǎng)江、嘉陵江一直是重慶生活飲用水、工業(yè)用水的主要來(lái)源。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,長(zhǎng)江上游城市生活污水和工業(yè)廢水排放量日益增加,加之三峽水庫(kù)蓄水后會(huì)使水體的稀釋自?xún)裟芰档?重慶水污染問(wèn)題日趨突出。本文以長(zhǎng)江和嘉陵江重慶段的匯流區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象,應(yīng)用二維有限元數(shù)學(xué)模型對(duì)研究區(qū)域的水動(dòng)力和水質(zhì)進(jìn)行了數(shù)值模擬。并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證和分析,以期為重慶城區(qū)段的水環(huán)境資源保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)的數(shù)據(jù)和參考。本文的數(shù)值計(jì)算建立在淺水動(dòng)力學(xué)的理論基礎(chǔ)上,考

2、慮到實(shí)際河流的水面寬度比水深大得多,假設(shè)兩江匯流段的水平流速沿水深均勻分布,忽略垂向流速和加速度,用三維不可壓流運(yùn)動(dòng)方程組沿垂向積分,得到二維淺水方程組,來(lái)描述河流的流動(dòng)。結(jié)合對(duì)流擴(kuò)散方程,以水動(dòng)力計(jì)算所得流場(chǎng)作為其輸入數(shù)據(jù),來(lái)計(jì)算河流中污染物的輸運(yùn)和擴(kuò)散。其中模擬的污染介質(zhì)作為保守物質(zhì)處理,假設(shè)其含量和濃度較低,不發(fā)生降解行為,也不影響水的流動(dòng)。數(shù)值計(jì)算采用有限元模型,用迦遼金(Galerkin)加權(quán)余量法對(duì)水動(dòng)力和水質(zhì)控制方程進(jìn)行離

3、散,再耦合求解,先后得到兩江段的水動(dòng)力場(chǎng)和污染物濃度擴(kuò)散場(chǎng)。文中引入了美國(guó)的SMS模型(Surface-water Modeling System),即地表水模擬系統(tǒng),對(duì)重慶兩江段的有限元模型進(jìn)行了前后處理和數(shù)值計(jì)算。經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)資料的驗(yàn)證,計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際情況,可達(dá)到精度要求。兩江段的流場(chǎng)結(jié)果表明,在位于匯流口下游,河岸邊界曲折,且水下地形變化較大的梁沱附近存在很明顯的漩渦運(yùn)動(dòng),流速變化劇烈,并在此處形成回水區(qū),造成漂浮物滯留,在自然的水

4、動(dòng)力條件下很難向下游漂移,建議重點(diǎn)清除這一區(qū)域的漂浮物污染。另外,在河道彎曲較大的嘉陵江大橋附近,以及河心高地珊瑚壩附近也存在少量漂浮物短期盤(pán)桓的危險(xiǎn)。通過(guò)對(duì)假設(shè)點(diǎn)源排放的保守污染物進(jìn)行擴(kuò)散模擬,其結(jié)果表明,在給定的水動(dòng)力條件下,污染物的輸移和擴(kuò)散速度較大,不會(huì)對(duì)研究區(qū)域產(chǎn)生較明顯的影響;排污初期易在排污口一側(cè)的河岸形成高濃度的污染帶,到匯流口以下才能在整個(gè)河道達(dá)到完全擴(kuò)散。所以建議污水在排放前進(jìn)行凈化處理,以免惡化排污口下游河岸附近的