城市排水管網(wǎng)水動(dòng)力及水質(zhì)轉(zhuǎn)化模型研究.pdf

1、隨著我國城市經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人口的急劇膨脹，城市水環(huán)境惡化和水資源短缺已成為制約城市發(fā)展的瓶頸。為了實(shí)現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展，必須重新定義和闡述城市排水系統(tǒng)的任務(wù)和功能，構(gòu)建新型的城市排水系統(tǒng)新模式。新型排水系統(tǒng)的功能應(yīng)從以前的防澇減災(zāi)、防污減災(zāi)逐步轉(zhuǎn)向污水和營養(yǎng)物質(zhì)的再循環(huán)，從而恢復(fù)良好的城市水環(huán)境，促進(jìn)城市水資源的可持續(xù)利用。為此，必須掌握排水管網(wǎng)中水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律及污染物隨水流遷移離散規(guī)律和污染物之間相互轉(zhuǎn)化的微生物反應(yīng)模式，以便進(jìn)行預(yù)測

2、及治理。 本文基于這一認(rèn)識(shí)和課題研究的需要，建立了一維城市排水管網(wǎng)水動(dòng)力和水質(zhì)轉(zhuǎn)化模型?？紤]到排水管網(wǎng)水環(huán)境與河流水環(huán)境的不同，不能將河流的水質(zhì)模型(如WASP)等研究成果直接應(yīng)用于排水管網(wǎng)的水質(zhì)模擬中，因此本文在分析排水管網(wǎng)特定水環(huán)境中各種物理、化學(xué)和生物現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，結(jié)合活性污泥數(shù)學(xué)模型(ASM)的相關(guān)理論，建立了排水管網(wǎng)中各水質(zhì)變量間相互轉(zhuǎn)化的數(shù)學(xué)模型；并綜合考慮了好氧和厭氧情況下，模型中12個(gè)水質(zhì)變量間的耦合計(jì)算及其相互

3、轉(zhuǎn)化和遷移過程。 一維排水管網(wǎng)水動(dòng)力模型以圣維南方程組為基礎(chǔ)，通過引入Preissmann窄縫假定，采用統(tǒng)一的控制方程組模擬排水管網(wǎng)無壓和有壓流，實(shí)現(xiàn)了明滿過渡流的同時(shí)模擬。利用Preissmann四點(diǎn)加權(quán)隱式差分格式對(duì)控制方程組進(jìn)行離散，采用“管道-漢點(diǎn)-管道”的三級(jí)聯(lián)解法對(duì)其進(jìn)行求解，利用遞推關(guān)系將變量集中于連接汊點(diǎn)，減少了變量數(shù)目，提高了計(jì)算效率。利用模型對(duì)復(fù)雜的樹狀和環(huán)狀管網(wǎng)以及有壓無壓明滿過渡流進(jìn)行了計(jì)算驗(yàn)證，然后將模

4、型成功應(yīng)用于雅華小區(qū)地下排水管網(wǎng)的計(jì)算模擬，計(jì)算結(jié)果和文獻(xiàn)計(jì)算值及實(shí)測值吻合比較好，表明模型可以簡潔有效的用于排水管網(wǎng)明滿流的模擬。 水質(zhì)轉(zhuǎn)化模型以污染物對(duì)流擴(kuò)散理論為基礎(chǔ)，采用隱式迎風(fēng)差分格式離散控制方程，并采用汊點(diǎn)水質(zhì)變量濃度控制法進(jìn)行求解；針對(duì)水流的順逆不定問題，在水質(zhì)模型求解時(shí)采用不同的遞推公式求解。同時(shí)為了方便、快速地確定復(fù)雜水質(zhì)模型中大量的水質(zhì)參數(shù)，本文設(shè)計(jì)了一種采用小生境技術(shù)等改進(jìn)策略的遺傳算法，測試結(jié)果表明該算法