非恒定一、二维耦合水质数值模拟技术研究

水生态与环境24江苏水利JIANGSUWATERRESOURCES2020年10月Oct.2020江苏省通南地区河网水量水质数值模拟研究方浩川1，许仁义1,钱睿智2，汪凌翔1(1.扬州大学水利科学与工程学院，江苏扬州225009；2.江苏水文水资源勘测局扬州分局，江苏扬州225000)摘要：通过已有的水文和水质数据建立了邵伯湖供水区扬州通南地区河网的一维水动力和水质模型，率定了水量和水质参数，为能够定量分析在不同水资源调度情况下扬州内部河网水动力条件的改善情况和水质条件的改善打下了基础,为今后邵伯湖供水区排涝防洪作可靠依据，为扬州市水生态文明建设提供技术支撑。

关键词：河网；水动力；水质中图分类号:X824文献标识码：B文章编号：1007-7839(2020)10-0024-06Numerical simulation strdy on water quantity and quality of river networkin Tongnan area of Jiangse ProvinccFang Haochuan1，XU RenyO，Qian Zhihui2，Wang Lingxiang1(1.Cofegs of Hydraulie Science and Engineering，Yangzhow University，Yangzhow225009，China；2.Yangzhow Hydrology and Water Resources Suos Bureau of Jiangsu Province，Yangzhow225000，China) Abstract:Based on the existing hydelogy and wateo quality data，a one—dniiensional hydrodynamtc and wateo quality model of the riveo network in the Tongnan ard of Yangzhou in the Shaobo Lake wateo supply ard was estab-oohed，and thewateeeooumeand wateequaootypaeameteeGweeecaoobeated，oayongthetoundatoon toetheompeoee-mentothydeodynamocand wateequaootycondotoonGon theonteenaoeoeeenetwoek otYangehou undeedo t eeentwatee eeGoueceGdopatch condotoonG，whoch couod peoeodeaeeooaboebaGotoetoood conteooand deaonagepeeeentoon otSha-oboLakewateeGuppoyaeeaon thetutuee，and peoeodeabaGotechnocaoGuppoettoetheconGteuctoon otueban watee ecooogocaocoeoooeatoon otYangehou Coty.Key wo5dt：eoeeenetwoek；wateepowee；wateequaooty1概述江苏省扬州市通南地区位于长江下游沿江地区，地势平缓,属于亚热带季风气候，四季分明，雨水充沛，年平均降水量为1031mm，但水文条件十分复杂，地表径流在空间和时间上分配很不均衡，具体表现为南部径流多于北部，丰水期降水值在年降水量中占了很大比重，而且由于许多河流河床都比较窄，城区实际往外（长江及周边河流）排水口较少,水流常常被堵在城区，排水效果不是很完善，导致在汛期常常可能发生洪涝灾害。

Visual MODFLOW在山区城市地下水数值模拟中的应用杨国丽;张海平;杨杰;赫腾飞【摘要】鉴于目前地下水资源供需矛盾加剧的问题,建立了研究区水文地质概念及数学模型,运用国际流行的Visual MODFLOW软件中的部分模块对所建模型进行求解、识别和检验；结果表明所建立的数学模型能够较准确的预测地下水位的动态变化规律,为管理部门进行水资源评价、水资源管理提供了科学的依据.【期刊名称】《河北建筑工程学院学报》【年(卷),期】2012(030)004【总页数】4页(P34-37)【关键词】Visual MODFLOW;地下水;数值模拟【作者】杨国丽;张海平;杨杰;赫腾飞【作者单位】河北建筑工程学院数理系,河北张家口075000;河北建筑工程学院数理系,河北张家口075000;邯郸理工学校,河北邯郸056000;河北建筑工程学院数理系,河北张家口075000【正文语种】中文【中图分类】X31 引言随着城市和社会经济的发展，水资源供需矛盾日趋尖锐.尤其在北方一些地区资源性缺水日益严峻，地下水资源枯竭引发的一系列水环境问题已经阻碍了社会经济的发展，准确地预测地下水位，地下水的动态变化规律.能够避免因过量开采而引发的环境问题，为合理制定开采方案提供依据.2 研究区概况研究区位于冀西北坝下低中山区洋河盆地东半部［1］，盆地近东西向展布，主要为北西—南东向延伸，地势西高东低，洋河自西向东流经盆地中部，坡降为2.5‰.南北两侧为冲洪积扇构成的山前倾斜平原，清水河冲洪积扇坡度较缓，轴部坡降为6.5‰，万全冲洪积扇较陡，轴部坡降为12.5‰，盆缘则为低中山区，相对高度约2000mm.区内属北寒温带大陆性干旱半干旱季风气候区，冬季寒冷漫长，冻结期达85天以上，夏季凉爽短促，春秋季多风少雨，冬季西北风盛行，夏季则以东南风为主.年内及昼夜温差较大.多年平均降水量一般380mm左右.洋河是区内最大的河流，汇集有洪塘河、万全城西河、城东河、清水河、流川和、龙洋河等较大季节性河流，由西向东流动，经响水铺流出区外，汇于官厅水库.大气降水量的多寡在年度中反映出河水流量的大小，但是多年来河水流量的持续减少.根据研究区内地下水所处水文地质单元位置的差异，地下水水位动态形式的差异，本文确定第四系全新统冲积孔隙含水层为研究含水层.3 模型的建立3.1 水文地质概念模型的建立建立研究区地下水数学模型以前，应先进行水文地质概念模型的建立.根据研究区的水文地质条件［2］，对其水文地质条件进行简化，通过分析地下水补、径、排的条件和地下水位动态变化特点等问题，可知研究区为一完整的水文地质单元.所以本文将研究区简化为一各向同性、非均质、二维、非恒定的地下水流动系统.3.2 数学模型的建立根据以上概化的水文地质概念模型，建立相应的地下水流数学模型:K——研究区含水层的渗透系数(m/d);T——研究区含水层的导水系数(m2/d);S——研究区含水层的储水系数;M——研究区含水层的厚度(m);Jx，Jy——x，y 方向底板的倾斜度;h，h0，h1——研究区地下水的水位、初始水位、一类边界条件时的水位(m);q2——研究区二类边界条件时的流量(m3/d);n——研究区的总单元数.3.3 数学模型的求解本文采用地下水研究领域当中通用的模拟软件Visual MODFLOW［3］对上述模型进行求解，具体操作步骤如下:3.3.1 空间与时间离散用软件中的MODFLOW模块对研究区进行网格剖分.在平面上，将研究区剖分为150行，150列，共计22500个单元格.在垂向上分为三层，如图1所示.目前研究区中的地下水位动态监测点共23个，从每年的枯水期与丰水区各监测点的水位资料来看，基本可以掌握地下水水位动态变化规律.本文选择了吉家房水源地、腰站堡及烟厂三个观测点进行数学模型的识别和检验.时间定为2003年10月至2004年10月，一个月为一个时间段，10天为一个时间步长.3.3.2 源汇项的确定研究区含水层补给来源有大气降水(冲洪积扇的中下部地表坡度变缓，地下水水位埋深变浅)、山区侧向径流补给(在研究区冲洪积扇顶部，由于地下水埋深较深，大气降水难以通过较厚的包气带入渗直接补给地下水)、农田灌溉回渗补给、河水的入渗补给等;主要排泄方式为蒸发排泄、潜流排泄、溢出排泄及人工开采.本文所用的源汇项数据主要来自河北省地下水位年鉴及其以往的模型报告.4 模型的识别和验证为了说明本文所建模型基本符合研究区的概况，达到预测精度较高的效果.故应对模型进行识别和检验，根据研究区的特点，冬季较长，每年的10月到次年的4月为农闲季节.农业开采量少;冰冻期长，冬融对地下水的运动亦无影响.所以选择2003年10月2004年4月为模型的识别时间.采用软件中的预调共轭梯度模块进行求解，反复进行计算，修改水文地质参数.当计算的水位与实测的误差达到要求时，即计算值与实测值拟合较好时，方可认为本文所建模型可用于未来一段时间内地下水流系统的预测.为了进一步检验所建模型的可靠性，以2004年5月至2004年10月为模型的检验时期，其初始条件利用上一年底水位的计算值，地下水开采量利用实测统计资料，其余各项补、径、排量的计算与识别期相同，利用本文模型对3个观测点的地下水位进行计算，并与实测地下水位值进行比较，如图2、3、4.从图中可以看出，3个观测点的模拟值与实测值拟合较好，动态变化趋势基本相符.其中预测误差最大为0.17%.预测精度较高.由此可见，本文所建模型拟合效果较为理想.采用该模型预测未来一段时间内的地下水位是可靠的，为地下水资源的评价与科学管理提供了依据.5 结论本文根据研究区的水文地质条件，确定了研究含水层，概化了含水层水力特征，建立了水文地质概念模型及数学模型，用地下水研究领域中通用软件对模型进行求解.通过对模型识别和检验得出的结果表明:本文建立的非均质各向同性二维非恒定地下水流数学模型与研究区的实际水文地质情况较符合，能够较准确的预测地下水位的动态变化规律，对实现水资源的可持续利用，保障经济社会的可持续发展具有十分重要的意义，为管理部门进行水资源评价、水资源管理提供了科学的依据.参考文献【相关文献】［1］张家口城市地下水动态监测报告.［2］房佩贤，卫中鼎，廖资生.专门水文地质学［M］.北京:地质出版社，1996.104～113.［3］丁继红，周德亮，马生忠.国外地下水模拟软件的发展现状与趋势［J］.勘察科学技术，2002，(1):37～42.［4］Meyer P D，Valocchi A J，Ashby S F，et al.A numerical investigation of conjugate gradient method as applied to three－dimensional groundwater flow problem in randomly heterogeneous porous media［J］.Water Resources Research，1989，25(6):1 440～1446.。

收稿日期:2008-01-10基金项目:水利部太湖流域管理局项目(太浦闸洪水风险图编制项目);国家自然科学基金项目(40306016);同济大学 985工程二期建设项目(020*******)作者简介:陈思宇,男,同济大学土木工程学院水利工程系,硕士研究生。

文章编号:1001-4179(2008)15-0051-03太浦河一维、二维水流数值模拟比较研究陈思宇 匡翠萍 刘曙光 王 炜(同济大学土木工程学院,上海200092)摘要:相对于太浦河洪水风险图编制的研究范围,太浦河是一条狭长的河道,河道内如采用二维水动力模型数值计算将影响洪水风险系统调用数据的效率和可视化的效果,可考虑河道内采用一维水动力模型计算。

为了验证一维水动力模型是否能应用于太浦河洪水风险编制中的太浦河河道洪水演算,运用一维、二维水动力模型对太浦河河道分别进行了恒定情况和非恒定情况的洪水演算。

一维、二维水流数值模型的计算结果表明:水位与断面平均流速吻合性较好。

因此得出结论:用一维水动力模型在计算太浦河河道内洪水演算具有与二维水动力数学模型相当的精度,并能大大提高洪水风险系统调用数据的效率,并提高了可视化的效果。

关 键 词:洪水风险分析;一维水动力模型;二维水动力模型;Delft3D-Flow;太浦河中图分类号:TV122 文献标识码:A1 概况太湖流域地貌特点四周较高、中部低洼,形成一个以太湖为中心的碟形洼地平原,其间河港纵横,湖荡棋布。

由于受到梅雨型降雨和暴雨型降雨两大类洪涝灾害,使得太湖流域受到巨大的经济损失。

为了满足防洪的需要,先后有11项骨干工程[1]建成投入使用,其中太浦河工程是太湖洪水的骨干排洪河道,也是太湖向下游供水的骨干河道。

但由于太湖总体泄洪能力不足,洪涝矛盾突出,太浦河、望虞河难以充分发挥其排泄太湖洪水的潜力,还需要结合洪水风险图编制这一非工程措施来提高太浦河和望虞河排泄太湖洪水的潜力。

在太浦河洪水风险图编制过程中,相对于研究区域(纵向:太浦河沿线80k m;横向:太浦河两岸20km 左右),太浦河(长76km,平均河宽250m 左右)是一条狭长的河道,如果河道内采用二维数值计算,在地形资料充分的条件下,能获得较精确的平面流场。