重慶兩江匯流流場及水質(zhì)的數(shù)值模擬.pdf

1、長江、嘉陵江一直是重慶生活飲用水、工業(yè)用水的主要來源。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,長江上游城市生活污水和工業(yè)廢水排放量日益增加,加之三峽水庫蓄水后會使水體的稀釋自凈能力降低,重慶水污染問題日趨突出。本文以長江和嘉陵江重慶段的匯流區(qū)域為研究對象,應(yīng)用二維有限元數(shù)學(xué)模型對研究區(qū)域的水動力和水質(zhì)進行了數(shù)值模擬。并對模擬結(jié)果進行了驗證和分析,以期為重慶城區(qū)段的水環(huán)境資源保護和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)的數(shù)據(jù)和參考。本文的數(shù)值計算建立在淺水動力學(xué)的理論基礎(chǔ)上,考

2、慮到實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,用三維不可壓流運動方程組沿垂向積分,得到二維淺水方程組,來描述河流的流動。結(jié)合對流擴散方程,以水動力計算所得流場作為其輸入數(shù)據(jù),來計算河流中污染物的輸運和擴散。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。數(shù)值計算采用有限元模型,用迦遼金(Galerkin)加權(quán)余量法對水動力和水質(zhì)控制方程進行離

3、散,再耦合求解,先后得到兩江段的水動力場和污染物濃度擴散場。文中引入了美國的SMS模型(Surface-water Modeling System),即地表水模擬系統(tǒng),對重慶兩江段的有限元模型進行了前后處理和數(shù)值計算。經(jīng)過實測資料的驗證,計算結(jié)果符合實際情況,可達到精度要求。兩江段的流場結(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動,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、動力條件下很難向下游漂移,建議重點清除這一區(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桓的危險。通過對假設(shè)點源排放的保守污染物進行擴散模擬,其結(jié)果表明,在給定的水動力條件下,污染物的輸移和擴散速度較大,不會對研究區(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河道達到完全擴散。所以建議污水在排放前進行凈化處理,以免惡化排污口下游河岸附近的