伏牛溪河道水质改善措施对水动力影响的数值模拟研究

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针对我国城市河流水体污染严重、富营养化频发等突出问题，以重庆典型重污染河流伏牛溪为对象，开展了伏牛溪水质改善措施对河道水动力影响的数值模拟研究。论文通过构建伏牛溪河道典型滞留区的水动力数值模型，模拟了补水、景观喷泉、生态浮床及河岸水生植物、岸边带等不同水质改善措施对河道水动力的改善情况，预测并直观展示了各种工程措施对伏牛溪河道典型滞留区水动力改善的效果，并根据模拟结果对不同季节伏牛溪河道水动力改善措施提出了建议。研究得出的主要结果及结论如下：
　　①补水对伏牛溪河道水动力影响的数值模拟结果表明，补水对伏牛溪典型滞留区内的水动力改善作用有限，补充2.0×104m3/d污水厂尾水后，研究区域内大于0.13m/s的水面面积为3966.77m2，比补水前仅增长了3.75％，因此应采取其他措施抑制典型滞留区藻类生长；补水对伏牛溪整个河道的水动力有较明显的改善，补充2.0×104m3/d污水厂尾水后，伏牛溪河道大于0.13m/s的河段长约为3.3km，比补水前增加了61%，占整条河流的46%，因此补水对伏牛溪典型滞留区以外河段藻类生长具有较明显的抑制作用。
　　②景观喷泉对伏牛溪河道典型滞留区水动力影响的数值模拟结果表明，景观喷泉对于河道典型滞留区的水动力改善效果明显，可作为春季抑制藻类生长的有效措施。喷泉较佳安装个数、间距和布置方式与滞留区面积和形式有关。当研究区域内喷泉个数从1个增加至3个时，大于0.13 m/s水体流速的水面面积增幅明显，但当喷泉个数从3增加到4及以上时，大于0.13 m/s水体流速的水面面积的增幅明显减小；研究区域内喷泉安装间距从5m-15m逐渐增大时，流速在0.13m/s以上的水面面积先增大后减小，当喷泉间安装间距为10m时，流速在0.13m/s以上所对应的面积最大；研究区域喷泉的布置方式对水动力改善影响不大，实际工程中结合滞留区形状确定喷泉采用三角形或直线型布置。综上，当在研究区域内设置3个呈三角形布置、安装间距为10m的喷泉，区域内大于0.13m/s的水面面积为996.32m2，占研究区域总水面积的66.38%，水动力改善效果最好。
　　③生态浮床及河岸水生植物带对伏牛溪河道水动力影响的模拟结果表明，在滞留区内设置生态浮床及河岸水生植物带，对于河道水动力改善效果较小。
　　④岸边带对伏牛溪河道水动力影响的数值模拟结果表明，在丰水期，岸边带对河道整体的水动力有阻碍作用，但对河道主槽水动力有改善作用，对河道水位影响不大。
　　1）不同宽度岸边带对于伏牛溪水动力的作用不同。当岸边带宽度从5m增加至13m时，模拟河段岸边带种植区域内平均流速从0.26m/s下降到0.12m/s，主槽流速从0.47m/s提高到0.68m/s，利于夏季抑制藻类的生长。
　　2）当岸边带宽度从5m增加至13m时，模拟河段内水深基本保持在7m左右，变化不大。但是基于行洪安全考虑，岸边带种植宽度越窄越好。
　　上述研究，不仅可为伏牛溪水质保持措施的选择提供依据，也可为重庆地区其它次级河流的水质改善措施的选择提供借鉴。

著录项

作者
吕金辉;
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作者单位

重庆大学;

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授予单位重庆大学;
学科建筑与土木工程
授予学位硕士
导师姓名卿晓霞,余建平;
年度 2015
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类湖泊、水库;
关键词
数值模拟; 景观喷泉; 生态浮床; 城市河流; 水体污染;

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