Delft3D对污染物的扩散输运计算

Delft3D-MOR: Delft3D水动力模块（FLOW）的三维泥沙输运模块简介Delft3D泥沙输移模块（Delft3D-SED）用于研究三维悬移质泥沙输移、初始河床高程变化和泥沙与水质参数之间的相互关系。

在水动力学模块计算时可不计河床高程变化和泥沙对密度的影响。

Delft3D-MOR模块在处理长期动力地貌演变时，考虑风成短波的影响。

平面二维应用时可非在线的计算水动力学、泥沙输移和河床高程变化之间的相互作用，即水动力学、泥沙输移和河床高程变化逐一单独进行计算。

对于三维水流影响显著或浓度对密度分布有实质性影响的情况，可以用Delft3D-FLOW模块中的三维泥沙输移选项。

此时，泥沙和河床高程变化对水流的作用是自动考虑在内的。

泥沙模块典型的时间和长度尺度类似于水动力学中的所用尺度，例如从小时到天，或是感潮地区完整的大潮-小潮循环。

典型的长度尺度可从近场地形（诸如防浪堤端部附近局部冲刷位置）到潮汐汊道、河口及海岸地区。

在线泥沙输移公式可以综合考虑粘性和非粘性泥沙的组合情况。

图1：河道裁弯取直举例；初始水下地形（左图）和最终水下地形（右图）图2：低滩肩水工建筑物对地貌的影响左：初始浓度（上图）和一个月后的浓度（下图）右：一个月后河床高程的变化computer program, 2007悬移质泥沙输移计算三维悬移质泥沙输移是通过求解不同粒径泥沙（最多至5组）的对流-扩散方程来实现的。

某种粒径泥沙可为粘性沙（泥）或非粘性沙（沙）。

粘性沙沉降速度考虑盐度引起的絮凝现象的影响。

按照著名的Partheniades-Krone 公式计算侵蚀率和淤积率。

非粘性沙按照van Rijn 公式计算沉降速度、侵蚀率和淤积率。

波浪和选定的紊流模型影响垂面上的泥沙混合。

平衡剖面可以用作开放式边界条件。

粘性推移质泥沙输移一般按照van Rijn 公式考虑粘性推移质泥沙输移。

推移质输移的空间梯度会引起侵蚀和河床淤高。

输移矢量考虑了河床纵向坡度和横向坡度的影响。

行 了相 关 的研究 。茅志 昌研究 了长江 分汉河 口盐水入
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的水 流盐 度 泥沙 的分 布 一 直 是研 究 的突 破 点 ， 模 拟 三 维 的流 场和盐 度 泥沙 的变 化首先 需要 解决 垂 向上 的分 布 和紊 动混 合 问题 ， 垂 向紊 动 问题 的解决 ， 对 准确 的三 维模 拟计 算非 常重 要 。在 实 际 的海 洋 河 口模 拟 中 ， 通 常采 用 ｋ一８湍 流 闭合模 型 和二 阶 闭合 方程 求 解 水 流 的垂 向涡 粘 系 数 和 盐 度 的垂 向 扩 散 系 数 。研 究 表 明， 分 层混 合流 采用 ｋ一占湍流 闭合模 型 的应用 使模 型 的计 算更 稳 定 准 确 。 。为 了进 一 步研 究 长 江 口的 盐 度扩 散 和分层 规律 ， 需 要 模 拟 河 口三 维 的水 动 力 情
１ 研 究 背 景
河 口地 区由于 受 到径 流 和潮 流 的 相 互作 用 ， 构 成 了复杂 的水 动力 特 征 ， 主 要 表 现 为河 口涨 落 潮 往 复 流 和旋 转 流 。在河 口水 动 力 过 程 驱 动 下 ， 河 口盐 淡水 混 合 形成 平 面上 冲淡 水 的扩 散 和输 移 ， 垂 向盐 度 产 生分 层 和混 合 的交替 变 化 。由 于河 口盐 度 分布在 水 平和 垂 向上 的时空 差异 ， 形 成盐 度梯 度 ， 盐 度梯 度产 生 的斜压
变化 也 同样 影 响 了 盐 度 扩 散 和 输 移 ， 并 提 出环 流 、 潮汐 应变 和混 合对 盐度 扩散 和分 层产 生一定 的影 响 。 由于长 江 口区域 边 界 和 水 动力 条 件 复 杂 ， 目前 主
要采 用数 值模 拟 的方法 研究 盐度 变化 过程 。韩 乃斌 采

44基于Delft3D污染物扩散模拟的城市湖泊景观水体三维形态循证设计Evidence-based Design for Three-Dimensional Form of Landscape Water Body of Urban Lake via Delft3D Pollutant Diffusion Simulation摘 要：针对长三角地区城市浅水湖泊面临景观水体污染物易于富集、难于扩散、水质较难保障的现实困境，阐述了以学科融合为基础的水体污染物扩散模拟与循证设计，提出地形作为水体形态的骨架对水动力条件的形成、湖泊水环境的改善起到关键性作用。

以常熟市琴湖为例，基于湖岸线、湖底地形、岛屿、堤坝等要素，提出2种平面形态和6种三维形态，通过Delft3D模型模拟的方法，分析比较不同三维形态下的流场特征，并输入实测数据得到20天后湖泊水深平均流速与污染物总氮(TN)扩散模拟结果。

研究发现：1)湖泊岸线与湖底地形变化通过流场影响污染物扩散；2)曲折度较大的岸线应尽量安排在水流的主方向上；3)岛屿设计应体量适宜、与岸线距离合适；4)长堤割裂湖体形态时，建议堤坝下部设置连通管道。

研究有助于筛选对水质保持有利的设计方案，也可为城市湖泊景观水体的循证设计提供一定的技术支撑与参考。

关 键 词：风景园林；城市湖泊；景观水体；三维形态；Delft3D；污染物扩散模拟；水生态Abstract: In response to the existing difficulty of the accumulation of pollutants and the maintenance of water quality in the shallow lakes in the Yangtze River Delta, this research clarified that the diffusion stimulation of water pollutants and evidence-based design based on inter-discipline, and proposed the critical role of terrain grading that shapes the configuration of water in influencing hydrodynamics and improving water environment of lakes. The research selected the Qin Lake in Changshu as case study. Based on the elements of the landform of lake bottom, shoreline, island and causeway, this research proposed 2 types of two-dimensional configurations and 6 types of three-dimensional configurations. By using the Delft3D software model, this research analyzed and compared different flow field characters, input the measurement data of TN, and stimulated the depth-averaged velocity and the pollutant diffusion after 20 days. This research found that: 1) the changes of a lake’s shoreline and bottom terrain can influence the pollutant diffusion via flow field; 2) more curvilinear shoreline should be arranged align with the main direction of water flow; 3) island design should pay attention to suitable size and distance to the shore; and 4) connection pipes should be set up in the bottom of causeway if the causeway divides the lake into parts. This research was beneficial to select better design alternative that helps water quality maintenance, and provided technical support and reference for the evidence-based design of landscape water of urban lakes.Keywords: landscape architecture; urban lake; landscape waterbody; three-dimensional configuration; Delft3D; pollutant diffusion simulation; water ecology弄概念”，甚至由于缺乏生态知识，导致所谓的“生态项目”陷入生态困境，徒有其名。

中 图法 分 类 号 ： Ｘ ５ ２
文 献 标 志码 ： Ａ
ห้องสมุดไป่ตู้
钱塘 江河 口是 我 国著 名 的 强 潮 河 口 ， 因其 特 殊 的 水 动力 条 件 ， 吸引 了众 多 学 者 的 关 注 。根 据 国家 海 洋 局 发 布 的 中 国 海 洋环 境 质 量 公 报 ， ２ １世 纪 以来 ， 钱 塘
律 的研究 较 为少 见 。本 文利 用 Ｄ ｅ ｌ ｆ ｔ ３ Ｄ模 型对 钱 塘 江 洪水 的 污染物 输移 过 程 进行 模 拟研 究 ， 以期 为 海 湾水
社会 经 济发 展有 着 积极 的促 进作 用 。
１ 研究现 状
目前 ， 对 钱 塘江 河 口、 杭 州湾 及 附近 区域 的污染 物
第４ ４卷 第 ３期 ２ ０ １ ３年 ２ 月
人 民 长 江
Ｙａ ｎｇ ｔ ｚ ｅ Ｒｉ ｖ ｅ ｒ
Ｖｏ １ ． ４ ４， Ｎｏ． ３
Ｆｅ ｂ ．． ２ ０１ ３
文章 编号 ： １ ０ ０ １ — ４ １ ７ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３— ０ ０ ６ ７— ０ ４
作者简介 ： 陈 琴 ， 女， 硕 士 研 究生 ， 研 究 方 向 为 河 口海 岸 环 境 动 力 。Ｅ—ｍ ａ ｉ ｌ ： ｃ ｈ ｅ ｎ ｑ ｉ ｎ— ｚ ｊ ｕ ＠１ ６ ３ ． ｅ ｏ ｍ
州 湾 海域 生 态 平 衡 ， 提 高 区域 整 体 环 境 质 量 和 可持 续发 展 能 力有 着 积 极 的 促 进 作 用 。 利 用 Ｄ ｅ ｌ ｆ ｔ ３ Ｄ 软 件 的 二 维数 值 模 型 ， 选 择 钱 塘 江 常 见 的 梅 雨 型 洪水 和 台 风 雨 型 洪 水 ， 对 钱 塘 江 洪 水 中 污 染 物 在 杭 州 湾 内 的 输 移 过 程 及 规 律 进 行 了模 拟 研 究 。结 果 表 明 ： 当 洪水 流 量 较 大 、 历 时较 长 时 ， 径 流 的 冲 刷 作 用较 大 ， 污 染 物 的 扩 散 速 度