論文針對三峽庫區(qū)岸邊側(cè)向排污的三維濃度分布特性以及“大水體、小排放”的難點,運用σ坐標變換和分層積分,并將流線迎風有限元、Edge-based有限元、面向?qū)ο笥邢拊确椒ㄓ袡C結(jié)合,建立了σ坐標有限元分層模型。模型中嵌套網(wǎng)格和當?shù)貢r間步長法的聯(lián)合運用,解決了排污口模擬中數(shù)值傳遞不協(xié)調(diào)的問題,提高了模擬精度的同時加快了收斂速度。多種計算實例的結(jié)果表明,σ坐標分層模型能適應三峽水庫具有自由水面、多變水下地形、復雜岸邊界、岸邊側(cè)向排放等特點的水流水質(zhì)模擬。 論文首次定量研究了邊坡傾角對天然河流岸邊側(cè)向排污的影響,得到了濃度計算的解析表達式,結(jié)果表明:①邊坡傾角對污染物的濃度分布影響較大,濃度值隨邊坡傾角的增加而減小,近似遵循雙曲線的遞減規(guī)律。②給出了混合區(qū)計算模型選用的標準,即:邊坡傾角大于30°時,排污口附近的濃度分布具有較強的三維特性,須選用三維數(shù)值模型進行計算。 論文深入分析了三峽水庫岸邊水環(huán)境特性和水環(huán)境承載能力的變化。在確定了三峽庫區(qū)允許混合區(qū)范圍的基礎上,計算了重慶主城區(qū)、涪陵區(qū)、萬州區(qū)重要排污口在不同流量、不同水位、不同背景濃度等條件下的允許排污負荷...

【文章頁數(shù)】：152 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
第1章 引言
    1.1 工程背景及研究意義
    1.2 污染混合區(qū)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
        1.2.1 解析方法
        1.2.2 經(jīng)驗公式
        1.2.3 室內(nèi)模型試驗
        1.2.4 現(xiàn)場觀測
        1.2.5 數(shù)值模擬
    1.3 水庫水環(huán)境承載能力及特征
        1.3.1 水環(huán)境承載能力的定義
        1.3.2 水環(huán)境承載能力的特征
    1.4 三峽水庫水環(huán)境特性及水環(huán)境承載能力
        1.4.1 三峽水庫水環(huán)境概況
        1.4.2 三峽水庫水環(huán)境特性的適用模型分析
        1.4.3 三峽水庫水環(huán)境承載能力的變化分析
    1.5 論文研究主要內(nèi)容
第2章 σ坐標分層模型
    2.1 雷諾平均方程
    2.2 三維淺水方程
    2.3 σ坐標下淺水方程
        2.3.1 σ坐標系
        2.3.2 σ坐標下的淺水方程
        2.3.3 水平擴散項的轉(zhuǎn)換
        2.3.4 σ坐標分層模型
    2.4 紊流模型
        2.4.1 水平紊動粘性系數(shù)
        2.4.2 垂向紊動粘性系數(shù)
    2.5 邊界條件
    2.6 標量輸移擴散方程
    2.7 本章小結(jié)
第3章 σ坐標分層模型的有限元離散
    3.1 σ坐標分層模型的時間離散
        3.1.1 控制方程的半隱格式離散
        3.1.2 速度-水深的預測校正法
    3.2 淺水方程的空間離散
        3.2.1 對流擴散方程的有限元離散
        3.2.2 流線迎風有限元法
        3.2.3 嵌套網(wǎng)格加密技術
    3.3 模型中的數(shù)值加速技術
        3.3.1 Edge-base 有限元法
        3.3.2 當?shù)貢r間步長法
    3.4 面向?qū)ο笥邢拊俺绦驅(qū)崿F(xiàn)
    3.5 本章小結(jié)
第4章 σ坐標分層模型的驗證計算
    4.1 梯形斷面S 形明槽流動的模擬
    4.2 三峽水庫涪陵磷肥廠污水排放的模擬
        4.2.1 涪陵磷肥廠排污口的原型觀測
        4.2.2 模型參數(shù)的選擇和計算網(wǎng)格
        4.2.3 流場的驗證計算
        4.2.4 濃度場的驗證計算
        4.2.5 分層數(shù)對污染混合區(qū)計算結(jié)果的影響
    4.3 三峽水庫萬州段污水排放的模擬計算
        4.3.1 污水排放的數(shù)值模擬結(jié)果
        4.3.2 模擬結(jié)果與觀測數(shù)據(jù)的對比分析
    4.6 本章小結(jié)
第5章 邊坡對天然河流岸邊排污的影響
    5.1 邊坡對岸邊排污影響的理論分析
        5.1.1 梯形域靜止流體內(nèi)瞬時線源擴散的濃度分布
        5.1.2 考慮邊坡影響的連續(xù)源擴散的濃度分布
        5.1.3 考慮邊坡影響的濃度分布公式的驗證
    5.2 邊坡對岸邊排污影響的數(shù)值分析
        5.2.1 不考慮擴散系數(shù)變化的污染物濃度分布計算分析
        5.2.2 考慮擴散系數(shù)變化的污染物濃度分布計算分析
    5.3 本章小結(jié)
第6章 三峽水庫岸邊水環(huán)境承載能力的計算與分析
    6.1 三峽水庫污染混合區(qū)的控制指標及允許范圍
    6.2 岸邊側(cè)向排污口允許排污負荷的計算方法
        6.2.1 允許排污負荷量計算的思路與步驟
        6.2.2 允許排污負荷量計算的數(shù)值試驗
    6.3 三峽水庫岸邊水環(huán)境承載能力的計算與分析
        6.3.1 排污口的選擇和計算工況的設計
        6.3.2 蓄水前主要排污口允許排污負荷的計算
        6.3.3 蓄水后主要排污口允許排污負荷的計算
        6.3.4 三峽水庫排污口的適宜布局
        6.3.5 庫區(qū)岸邊水環(huán)境承載能力的分布及其變化分析
    6.4 本章小結(jié)
第7章 結(jié)論
    7.1 論文主要成果及結(jié)論
    7.2 今后進一步工作
參考文獻
致謝
聲明
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本文編號：4037034