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湘江下游河段河道及水动力水质演变研究

作　者: 李昌玲
导　师: 蒋昌波
学　校: 长沙理工大学
专　业: 港口、海岸及近海工程
关键词: 河床演变 水动力数值模拟 水质数值模拟
分类号: TV147.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本文通过研究湘江下游河段近年来的水文地形资料,得到了湘江下游河段的河床演变规律。通过建立一维的水动力、水质模型,研究长河段内水流的水动力特性,以及污染物的变化规律。在此基础之上,重点研究采砂河段的河道变化,并进行以下几个方面的研究分析。(1)上游水利枢纽的调节作用导致河段内中小水历时延长,冲刷时段加大,河段来沙量减少,必将造成该河道冲刷的持续发展;河段内江心洲多表现为洲头冲刷洲尾淤积,向下游淤积延伸;向上游淤积延伸的江心洲一般是受到上游临近江心洲和护岸建筑存在的影响,或是河流坐弯处,受到河流撇弯取直的作用;受到护岸建筑作用的江心洲在河床冲刷下降的过程中,等高线分布逐渐与护岸建筑岸线下切靠拢,势必危害护岸建筑的安全稳定性能;受到河段内采砂人为因素的影响,河道水流条件恶化,是河段内河床演变的主要原因;河床水位随流量的变化增大。(2)采用分段式参数赋值的方法,模型的糙率设定在0.027-0.033之间的时候,计算结果与实际数值的吻合度最高。尽管糙率取值在这个范围之内,计算结果仍然有误差存在,而且误差的分布具有一定规律:高水位时计算误差较小,低水位时计算误差较大。根据湘江河道的实际情况,糙率取值在0.027-0.033之间是合理的。误差来源的主要原因是下游河段深泓散乱,枯水期水流分散;河床变化不规则,导致模型地形资料的准确性降低,从而使得最终的计算结果与实测的计算结果有较大的出入。(3)拟定十种不同流量和水位情况,利用模型计算不同情况下的河段水面线,建立的模型为下一步的水质计算结果分析打下基础。(4)水质模型的结果基本符合污染物的变化趋势,但是因为在模型当中只考虑了上游排污的影响,没有将河流沿岸的排污情况量化并加以利用,所以水质模拟结果并不能完全反应河段内水质的实际变化情况。数值计算结果与实际监测结果偏差的另一个因素是由于文中所选择的四种污染物相互之间存在转化的关系,这种关系较难量化。(5)利用十种不同流量不同水位的水动力情况,分析了污染物受到水动力条件的影响。这种影响主要反映在河道内水流流速较大(包括水位较低和流量较大)时污染物迅速向下游传播,浓度变化较小,污染物持续时间增长。

全文目录


摘要  7-8
ABSTRACT  8-10
第一章 绪论  10-20
  1.1 研究背景  10-14
    1.1.1 湘江采砂现状  13
    1.1.2 湘江水质现状  13-14
  1.2 河道采砂对水动力影响研究现状  14-15
  1.3 河流水动力数值模拟研究现状  15-18
    1.3.1 一维水动力数值模拟研究  15-17
    1.3.2 一维水质数值模拟研究  17-18
  1.4 本文研究的主要内容  18-20
第二章 近年来湘江下游河床演变分析  20-36
  2.1 概述  20-22
    2.1.1 湘江下游河段地形演变  20-21
    2.1.2 湘江下游河段水文变化  21-22
  2.2 湘江下游河床同流量水位变化  22-26
    2.2.1 不同时段变化特点  23-24
    2.2.2 汛期和非汛期  24-25
    2.2.3 洪水期  25-26
  2.3 湘江下游河段冲淤量变化分析  26-30
    2.3.1 河道纵剖面变化  26
    2.3.2 河道横断面变化  26-28
    2.3.3 湘潭年输沙量变化  28-30
  2.4 湘江下游河段河势变化  30-34
  2.5 本章小结  34-36
第三章 湘江下游河段一维水动力数值模拟  36-47
  3.1 概述  36
  3.2 水文资料整理  36-38
    3.2.1 数值模型的初始条件及边界条件  37
    3.2.2 上游调度方案选取  37-38
  3.3 基本方程  38
  3.4 数值方法  38-39
  3.5 模型的率定验证  39-45
    3.5.1 模型率定  39-42
    3.5.2 模型验证  42-43
    3.5.3 计算结果分析  43-44
    3.5.4 五种工况下的河流水动力特性  44-45
  3.6 本章小结  45-47
第四章 湘江下游河段一维水质数值模拟  47-58
  4.1 概述  47
  4.2 模型的基本思路和率定验证  47-50
    4.2.1 模型的控制方程  47-48
    4.2.2 数值求解方法  48
    4.2.3 边界条件和初始条件  48-49
    4.2.4 模型的率定验证  49-50
  4.3 突发污染事件的模拟  50-57
    4.3.1 不同断面污染物浓度分布情况  51-56
    4.3.2 不同情况下污染物相关数值计算结果  56-57
  4.4 本章小结  57-58
第五章 结论与展望  58-60
  5.1 结论  58-59
  5.2 展望  59-60
参考文献  60-63
致谢  63-64
附录 A 攻读学位期间发表论文目录  64
附录 B 攻读学位期间从事科研项目目录  64-65
摘要  65-69
ABSTRACT  69-74

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中图分类: > 工业技术 > 水利工程 > 水利工程基础科学 > 泥沙动力学、河流动力学 > 河道演变 > 水工建筑物上下游河道演变及预测
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