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南水北调东线一期工程南四湖突发水污染仿真模拟及应急处置研究

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摘要

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状与进展

1.2.1 湖泊水质模型的研究综述

1.2.2 突发水污染事故应急处理技术研究进展

1.3 主要研究内容和目标

1.4 研究方法与技术路线

1.4.1 研究方法

1.4.2 技术路线

2 突发水污染事故的风险识别

2.1 突发水污染事故概述

2.1.1 突发水污染的概念

2.1.2 突发水污染事故的特点及危害

2.1.3 突发水污染事故分类

2.2 突发水污染事故风险源识别

2.2.1 水污染事故风险概念

2.2.2 南四湖突发水污染事故的风险源识别

2.3 本章小结

3 突发水污染输移转化模拟与分析

3.1 模型确定

3.1.1 DHI MIKE软件简介

3.1.2 水动力模型原理

3.1.3 水质模型原理

3.1.4 模型模块选择

3.2 南四湖突发水污染事故仿真模拟与分析

3.2.1 水动力学仿真模拟及分析

3.2.2 突发水污染事故模拟

3.3 本章小结

4 水质演变快速预测技术研究

4.1 污染物临界值研究

4.2 主航道控制单元划分研究

4.3 其他水动力学工况下快速预测技术研究

4.3.1 污染物临界值关系研究

4.3.2 控制单元划分研究

4.4 本章小结

5 突发水污染事故应急处置技术研究

5.1 应急处置的原则

5.2 应急处置工作任务

5.3 南四湖船舶溢油事故的应急处置方法

5.3.1 油类污染物的应急处置技术

5.3.2 湖泊突发船舶溢油事故的应急处置工程技术措施

5.3.3 南四湖突发船舶溢油事故的应急处置预案库

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

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摘要

南水北调东线一期工程山东段利用了部分现有河道和湖泊进行输水,目前河道及湖泊缺乏自身生态防护及自净功能薄弱、东线输水干线水网仍然存在多类型导致水质不达标的风险源,一旦发生水质污染事件,除了直接中断输水,导致水资源需求无法满足外,还可能产生难以估量的经济损失。本文以南水北调东线山东段南四湖上级湖为研究对象,针对南四湖上级湖进行了风险源识别研究,在水动力模拟的基础上,利用建立的水污染事故仿真模拟模型,预测污染物对上级湖的影响范围及时间,根据模拟分析结果进行水质演变快速预测技术研究,据此提出了相应的应急处置预案库和管理策略,得出的结论如下:
  (1)通过全面调查分析南四湖上级湖的自然环境概况以及周围的固定源、流域源和移动源,本研究得出主航道的船舶溢油事故是南四湖上级湖常见的突发水污染事故,为突发水污染仿真模拟提供依据;
  (2)考虑到南四湖为平原湖泊,湖深较浅,密度不分层,水深均匀分布,本文采用Mike21软件进行仿真模拟,并给出了mike21水动力模型与水质模型的原理和求解方法,为模拟预测提供了软件基础。根据对上级湖风险源的识别与分析,建立了水动力模型,模拟得出四种水动力学工况下南四湖上级湖的水动力学特征;在水动力模型基础上进行了突发水污染事故仿真模拟,探索分析多种突发水污染事故工况下污染物的输移转化规律,预测污染物对上级湖的影响范围及时间;
  (3)为进行水质演变快速预测,利用突发水污染仿真模拟模型进行模拟得出在最不利工况下(即工况一:上游输水流量125m3/s,下游输水流量100m3/s,风向为东南风,风速为3.3m/s。)不同事故点位置污染物的临界值和控制单元的划分,以污染物到达出水口的时间为控因子,在主航道北部划分了控制单元,为突发水污染的应急处置提供决策性依据;
  (4)在最不利工况下进行污染物临界值与控制单元划分的基础上,本研究探讨其他三个工况污染物输移转化规律与最不利工况下的关系,以便能够对多种水动力学条件下发生突发污染事故时水质的演变情况做出大致的快速预测;
  (5)根据突发水污染仿真模拟的结果分析,本研究针对南四湖上级湖的船舶溢油事故,在常见的溢油的应急处置技术的基础上,制定了最不利工况下油类污染物的应急处置预案库,在实际应用中作可行性指导。
  南水北调东线一期工程已于2013年5月底通水,水质安全保障标准高、任务重、时间紧,永保清水廊道是工程能否保质保量供水及发挥工程效益的关键。南水北调东线一期工程南四湖突发水污染仿真模拟及应急处置研究为南水北调东线输水干线保质保量安全输水提供了有力保障。

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