河流水质的二维数值模拟
人类生存和生活的质量与自然环境息息相关，而水环境质量的研究是环境水力学的一个主要课题。本文在现代环境水力学基础上，利用计算流体力学的知识，建立了一种模拟在天然河流中污染物的稀释扩散过程的数值方法，并将这一种方法应用到了长江、嘉陵江重庆城区段的水质变化确定性研究中。
天然河流的污染物模拟和预测是环境水力学的一个重要领域，其二维和三维水质模型，随着计算机技术的发展而发展。现有的水质模型，包括QUAL-Ⅱ，对于耦合的水流水质因素都是依次分别进行模拟。本文根据这样的思路对流场和浓度场分开进行模拟。对于河流流场，采用划分流管的方法计算流场，并将有限体积法的思想应用到流管，根据质量守恒原理，在流管内建立浓度场的有限体积。
工程上的水力计算一般都建立在Bernoulli方程的基础上，采用河流分段处理，作累积流量图法，按照一定方式划分流管。本文采用等流量划分。再在划分的流管内计算河流水力参数，其基本步骤在第三章中详细给出。
我们将一个流管作为一个控制体积，在河流流场的基础上，就可以建立浓度场的控制体积网格。利用有限体积法，建立流管的二维水质模型，其形式属于对流扩散方程，利用算子分裂法进行离散求解；为克服网格Reynolds数的限制，采用上风差分格式；选取合适的时间和空间步长，给出适定的初始条件和边界条件下，可得出河流二维的水质变化情况。与1989年重庆市环境科学研究所和重庆建院的试验结果对比，我们可以判断该方法在计算上是可靠的，模拟结果与理想结果相吻合。
本文是将流管划分与有限体积法相结合的一次尝试，并将算子分裂与有限体积相结合，应用在长江、嘉陵江重庆城区段的二维水质模拟达到了预期效果。在河流的流场变化不大的情况下，该方法简单可靠，对于像长江、嘉陵江这样的宽浅型河流具有一定的应用价值。同时，本课题的开展可以应用于三峡工程建成后的三峡库区水环境质量监测和控制。
河流污染;有限体积法;算子分裂法;数值模拟;河流水质;环境水力学;流管划分
重庆大学
硕士
流体力学
陈景秋
2002
中文
X824;X143
52
2006-05-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）