本文關(guān)鍵詞：湖泊群水環(huán)境數(shù)學(xué)模型及其應(yīng)用研究

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【摘要】：湖泊作為陸地上最為重要的水資源載體之一，是人類(lèi)賴(lài)以生存和可持續(xù)發(fā)展的自然依托，但以湖泊富營(yíng)養(yǎng)化為代表的諸多水環(huán)境問(wèn)題，已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。近年來(lái)，江（河）湖連通作為人們遏制湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的新途徑，在長(zhǎng)江中下游湖群中進(jìn)行了大量嘗試，并被確定我國(guó)在新時(shí)期的重要水利發(fā)展戰(zhàn)略。對(duì)于連通工程形成的“自然－人工”復(fù)合水系，連通方式的選擇和連通效應(yīng)的評(píng)估是兩大核心問(wèn)題，直接關(guān)系到連通工程對(duì)湖泊水環(huán)境的改善效果，而湖泊水環(huán)境數(shù)學(xué)模型作為解決這兩個(gè)問(wèn)題的重要途徑，，一直是江（河）湖連通研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和前沿。 湖泊水環(huán)境數(shù)學(xué)模型是以湖泊水動(dòng)力學(xué)模型為基礎(chǔ)，并與水質(zhì)模型和水溫模型耦合后得到的。本文首先以武漢“大東湖生態(tài)水網(wǎng)構(gòu)建工程”所涉及的湖泊群為對(duì)象，基于靜壓水動(dòng)力學(xué)模型建立了湖泊群水環(huán)境數(shù)學(xué)模型，對(duì)連通工程的引水調(diào)度模式和水環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行了研究。鑒于靜壓模型無(wú)法模擬地形突變區(qū)的水流和短波等存在明顯垂向流動(dòng)的水流現(xiàn)象，應(yīng)用對(duì)象的范圍有限，本文又分別建立了平面二維和垂向二維的非靜壓水動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)模型的多種求解方法和計(jì)算效率作了創(chuàng)新性的科學(xué)研究工作。主要工作和創(chuàng)新性成果如下： （1）以沙湖、東湖、嚴(yán)西湖和北湖組成的大型城市湖泊群為研究對(duì)象，建立了平面二維湖泊群水動(dòng)力－水質(zhì)模型，模擬分析了三種引水調(diào)度模式的湖泊群水質(zhì)改善效果，提出了推薦調(diào)度模式。然后對(duì)推薦調(diào)度模式的三種引水規(guī)模進(jìn)行了模擬，分析了引水規(guī)模與水質(zhì)改善效果之間的關(guān)系，為連通工程的實(shí)施提供了科學(xué)的決策依據(jù)。 （2）以沙湖和東湖為研究對(duì)象，建立了三維湖泊水動(dòng)力－水溫－水質(zhì)模型，以氣溫典型年為背景，模擬了江湖連通前和江湖連通后（推薦調(diào)度模式）兩種情景，通過(guò)對(duì)比兩種情景下的湖流運(yùn)動(dòng)規(guī)律、子湖間水體交換和溫度場(chǎng)，分析了江湖關(guān)系變化的水動(dòng)力與水環(huán)境效應(yīng)。此外，通過(guò)分析江湖連通后湖泊群的水體置換率和總磷變化情況，探索性的提出了“三循環(huán)”調(diào)度策略。 （3）推導(dǎo)了非靜壓的平面二維水動(dòng)力學(xué)控制方程，并分別采用顯格式法、θ法和新ADI法對(duì)其進(jìn)行求解。其中新ADI法不僅避免了前兩種求解方法中須將開(kāi)邊界動(dòng)壓設(shè)為零的通行做法，更加符合真實(shí)情況，而且還具有極高的計(jì)算效率。 （4）針對(duì)目前已有的非靜壓垂向二維水動(dòng)力學(xué)模型將水體進(jìn)行分層而求解效率低的問(wèn)題，提出了一種單層模式的非靜壓垂向二維水動(dòng)力學(xué)模型，大大提高了模型的計(jì)算效率，同時(shí)也具有較高的精度。 最后，總結(jié)了本文的研究成果，提出了今后進(jìn)一步研究的方向。
【關(guān)鍵詞】：水動(dòng)力學(xué) 水環(huán)境 江湖連通 長(zhǎng)江 湖泊群 調(diào)度模式 靜壓假定 非靜壓模型 水溫 水質(zhì) 動(dòng)壓
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：X143
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-25
• 1.1 研究背景及意義10-12
• 1.2 靜壓模型研究進(jìn)展12-13
• 1.3 江湖連通工程研究進(jìn)展13-18
• 1.4 非靜壓水動(dòng)力學(xué)模型研究進(jìn)展18-23
• 1.5 本文主要研究?jī)?nèi)容23-25
• 2 湖泊群水動(dòng)力－水質(zhì)模型及引水調(diào)度模式研究25-38
• 2.1 研究區(qū)域概況25-27
• 2.2 湖泊群水動(dòng)力－水質(zhì)模型27-32
• 2.3 引水調(diào)度模式設(shè)計(jì)32-33
• 2.4 湖泊群水質(zhì)模擬計(jì)算33-35
• 2.5 引水規(guī)模研究35-37
• 2.6 本章小結(jié)37-38
• 3 湖泊群水動(dòng)力－水溫－水質(zhì)模型及水環(huán)境效應(yīng)分析38-58
• 3.1 湖泊群水動(dòng)力－水溫－水質(zhì)模型38-45
• 3.2 模擬情景45-46
• 3.3 水動(dòng)力與水環(huán)境效應(yīng)46-52
• 3.4 引水調(diào)度策略研究52-57
• 3.5 本章小結(jié)57-58
• 4 非靜壓平面二維水動(dòng)力學(xué)模型58-100
• 4.1 控制方程58-60
• 4.2 顯格式法60-73
• 4.3 Θ法73-80
• 4.4 新 ADI 法80-98
• 4.5 本章小結(jié)98-100
• 5 單層模式的非靜壓垂向二維水動(dòng)力學(xué)模型100-111
• 5.1 控制方程100-103
• 5.2 離散與求解103-105
• 5.3 模型驗(yàn)證105-109
• 5.4 計(jì)算效率109-110
• 5.5 本章小結(jié)110-111
• 6 總結(jié)與展望111-114
• 6.1 總結(jié)111-112
• 6.2 展望112-114
• 致謝114-115
• 參考文獻(xiàn)115-131
• 附錄 1：攻讀博士期間發(fā)表的論文131-133
• 附錄 2：攻讀博士期間完成和參與的科研項(xiàng)目133

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

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本文編號(hào)：831126