寿光市羊口镇小清河左岸滩地开发方案中水流影响之数值模拟研究与应用
主因子分析法在小清河水质评价中的研究与应用
主因子分析法在小清河水质评价中的研究与应用一、本文概述Overview of this article随着工业化和城市化的快速发展，水环境污染问题日益严重，水质评价成为环境保护和水资源管理的关键环节。
小清河作为一条重要的河流，其水质状况直接关系到周边地区的生态安全和人民健康。
因此，对小清河的水质进行准确评价并制定相应的治理措施，具有十分重要的现实意义。
With the rapid development of industrialization and urbanization, water environmental pollution is becoming increasingly serious, and water quality assessment has become a key link in environmental protection and water resource management. As an important river, the water quality of Xiaoqing River is directly related to the ecological security and people's health in the surrounding areas. Therefore, it is of great practical significance to accurately evaluate the water quality of Xiaoqing River and formulate corresponding treatment measures.主因子分析法是一种多元统计分析方法，能够有效地提取多个变量中的主要信息，并将其归结为少数几个主因子，从而简化数据结构并揭示变量之间的内在联系。
近年来，主因子分析法在水质评价领域得到了广泛应用，并取得了良好的效果。
河口区重大工程活动对河床演变影响的数值模拟研究
沿海 高速建设 等 ； 同时航道 升级 和开 发也 在逐步 实施 ， 如 广州港 出海航道 三期工程 、 圳 西部公 用航 道工 程等 ； 深 另 外， 举世 瞩 目的港珠 澳 大 桥工 程也 已开 工建 设 。如 此众 多 的工 程建设 ， 无疑 会 导致 伶仃 洋 水 域水 沙 动力 环 境 的 变化 。而其 中不乏 规模 宏 大 的建设 项 目， 广 州港 出海 如 航道三期 工程 和港 珠 澳大 桥 工程 。以往 的研 究 ， 以 口 多 门为 界 ， 析 工 程 建设 对 伶 仃 洋 水 域滩 槽 变 化 的影 响 。 分
口门的整治开 发 、 大铲 湾 港 区工 程 、 深圳 机 场工 程 、 深圳
对 于河 口区 的大型 涉水 工程 ， 其影 响 可能 波及 河 口
区乃至 上游 三角 洲 网河 区 ， 因此研 究 考虑 先应 用一 维 网
河 区 、 维河 口区联 解 的潮 流 泥沙 数 学 模 型 ， 从 联 解 二 再
第 ２期 ２１ ０ １年 ２月
广 东 水 利 水 电
ＧＵＡＮＧＤ０ＮＧ ＡＴＥＲ Ｗ ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ ＡＮＤ ＨＹＤＲＯＰＯＷ ＥＲ
Ｎｏ ２ ． Ｆｅ ２ １ ｂ． ０１
河 口区 重 大 工 程 活 动对 河 床 演 变 影 响 的数 值 模 拟 研 究
卢 素 兰 ， 星科 ， 蒋 吴 琼
：
影 响水域再应 用局部 二维潮流 泥沙数 学模 型进 行河床 冲 淤变 化 的详 细研 究 。笔 者 认 为 ， 个 研究 思 路 是合 理 可 这 取的， 既全面又 有侧 重 点 。伶 仃 洋 水域 的开 发 建设 将 继
续下 去 ， 重大项 目必不可少 ， 如近期 重 新提 上议事 日程 的 大小 铲岛规划港 区项 目。本研究 既可 为工程 项 目的方 案 节 点方 程 ：
羊口港航标综合改造可行性分析
羊口港航标综合改造可行性分析羊口港位于山东省寿光市羊口镇，为国家二类开放口岸。
根据《潍坊港总体规划》，羊口港将成为潍坊港内河港区，山东省航运管理局希望将羊口港航标纳入海区航标序列管理。
为使羊口港航标正式纳入海区航标管理后,羊口港航标的技术水平和助航效能将与海区航标同步达到中等发达国家助航水平，有必要实施羊口港航标综合改造方案。
羊口港航标综合改造方案包括：将10座灯浮标浮体更换为1.8m聚脲弹性体浮体，对灯桩进行重建，桩身为8m高钢筋混凝土。
拟征地30亩，用于建设300m业务用房和200m生活用房及航标维护保养设施。
建设2800m堆放場地，在堆放场地建设200m轻钢结构仓库；购置必要的航标维修保养设备。
经费估算808.91万元人民币。
分析认为该项目是可行的。
标签：羊口港；航标；可行性分析一、项目提出的背景2009年12月，国务院已正式批复《黄河三角洲高效生态经济区发展规划》。
以此为起点，黄河三角洲地区的发展上升为国家战略，成为国家区域协调发展战略的重要组成部分.黄河三角洲位于渤海南部黄河入海口沿岸地区，包括山东省的东营、滨州和潍坊、德州、淄博、烟台市的部分地区，共涉及19个县（市、区），总面积2．65万平方公里，占山东省的1／6，总人口约985万人。
黄河三角洲土地资源优势突出，地理区位条件优越，自然资源较为丰富，生态系统独具特色，产业发展基础较好，具有发展高效生态经济的良好条件。
山东省人民政府2008年3月17日印发《黄河三角洲高效生态经济区发展规划》（鲁政发〔2008〕46号），其中提出：按照产业集聚、城市辐射、园区带动、突出重点、率先突破的发展理念，着眼于现有资源、产业基础和开发潜力，充分考虑区域分工和联系，突出区域特色，按照“四点、四区、一带”布局。
即：加快东营、滨州、潍坊、莱州四个港口建设，重点规划建设四大临港产业区，形成北部沿海经济带，初步规划面积约4400平方公里，建成全省的生态产业基地、新能源基地和全国的循环经济示范基地。
小清河入海口现状及管理探索
小清河入海口现状及管理探索郝导华;马晓丽;张美【摘要】介绍了小清河潍坊段入海口基本情况，针对入海口管理现状，进行了管理模式探索，提出完善工程措施、进行确权划界、加大执法力度、部门联合、相互牵制、相互支持的管理思路，以确保河道安全行洪。
【期刊名称】《山东水利》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】2页(P22-23)【关键词】小清河;入海口;管理探索【作者】郝导华;马晓丽;张美【作者单位】潍坊市小清河管理处，山东寿光 262700;潍坊市小清河管理处，山东寿光 262700;山东省小清河管理局，山东济南 250014【正文语种】中文【中图分类】TV85小清河流域位于鲁北平原南部，东临弥河，西靠玉符河，南依泰沂山脉，北以黄河、支脉河为界，流域面积10433km2，小清河干流发源于济南市区4大泉群，现已上延至玉符河右堤的睦里闸，自睦里闸起，自西向东流经济南、淄博、滨州、东营、潍坊5市，于寿光市羊口镇东注入渤海莱州湾，小清河干流河道长229km，是济南最主要的排水河道，兼有农田灌溉，内河航运等功能。
小清河在潍坊境内干流长34km，流域面积1225km2，位于小清河最下游入海口处，同时担负着防洪除涝与防潮任务，是小清河干流重要的河段，在管理上具有复杂性和重要性。
1.1 工程建设现状小清河入海口潍坊段工程，主要分为3段，第一段：自广饶县码头镇东北坞村与寿光市羊口镇刘旺村边界（设计桩号194+100）至寿光市羊口镇西（设计桩号210+500），长16.4km，该段两岸有堤防，堤防均为土方填筑，1997年已按20年一遇防洪标准治理；第二段：自设计中泓桩号210+500至羊口东羊口港216+000，长5.5km，该段主要是羊口镇区，左堤为土方填筑，右堤为浆砌石墙或砌石护坡，右堤防潮石墙上游3km按50年一遇防潮设计，1999年已完成治理，下游3km尚未治理；第三段：自羊口港（设计桩号216+000）至入海口（设计桩号229+000），长13km，右堤为防潮石墙，设防标准为50年一遇防潮，现已基本完成，左岸无堤防。
小清河上游段为背景的人工湿地试验研究的开题报告
小清河上游段为背景的人工湿地试验研究的开题报告一、选题背景人工湿地是指通过模拟自然湿地形成，借助人工手段充分利用污染废水和雨水，对水质进行净化的一种建设技术。
近年来，由于城市化进程加快和水资源的日益紧缺，人工湿地作为一种重要的水处理技术应运而生。
在我国南方地区，水资源丰富，城市化程度高，污水排放问题严重，人工湿地成为城市景观绿化与环境保护相结合的重要手段。
小清河是位于某市区的一条主干河流，上游段受到山区工业及农村生活和农业活动的影响，污染较为严重，水质较差。
因此，本研究选择小清河上游段为研究对象，旨在探讨人工湿地技术在水环境治理中的应用效果，为小清河水质改善提供科学依据。
二、研究内容本研究将在小清河上游段建立人工湿地，探究不同补给水质及补给质量对人工湿地净化效果的影响。
具体内容如下：1. 确定人工湿地布局及构成要素，选择合适的湿地植物及传统填料、生物填料等辅助材料，建立符合小清河上游水质的人工湿地。
2. 设计实验，对不同补给水质及补给质量进行试验研究，记录人工湿地内水体温度、pH、溶解氧、化学需氧量、总氮、总磷等参数的变化。
3. 分析不同补给水质及补给质量对人工湿地净化效果的影响，建立不同参数间的线性方程，并绘制参数变化曲线。
4. 开展微生物分析及植物生长情况调查，探讨微生物及湿地植物在净化过程中的作用。
5. 总结人工湿地净化研究中存在的主要问题、不足之处及解决方法等，提出自己的对策及建议。
三、研究意义本研究旨在探究人工湿地技术在水环境治理中的实际应用效果，为小清河上游水质改善提供科学依据。
具体意义如下：1. 对于改善小清河水质具有重要的现实意义。
小清河是市区的主要河流之一，水质改善对于城市环境的改善、居民生活质量提升都具有重要意义。
2. 对于人工湿地技术的发展及完善有一定参考意义。
通过对人工湿地的试验研究，可以发现人工湿地技术的优劣势及其应用价值，有利于人工湿地技术在日后的实际应用中更好地服务于城市环境治理。
辽河河口水动力学数值模拟模型的发展与应用
辽河河口水动力学数值模拟模型的发展与应用辽河河口是中国河北沿海地区的一个重要河口，也是辽宁省境内最大的河口。
辽河河口水动力学是研究河口地区水流的力学性质和规律的学科，对河口区域的海岸工程、生态环境等方面具有重要意义。
本文将探讨辽河河口水动力学数值模拟模型的发展与应用。
一、辽河河口水动力学数值模拟模型的发展历程辽河河口水动力学数值模拟模型的发展经历了多个阶段。
早期的模型主要是基于经验公式和简化假设，无法全面准确地描述河口区域的复杂水流运动。
随着计算机技术的进步和数值模拟方法的发展，如有限元法、有限差分法等，辽河河口水动力学数值模拟模型开始逐渐得到改进和完善。
随着时间的推移，研究人员不断积累了大量的观测资料和实验数据，并结合河口地区的特点，提出了一系列适用于辽河河口水动力学模拟的数学方程和物理模型。
这些模型包括雷诺平均模型、湍流能量方程模型、河口悬浮物输运模型等，可以模拟河口区域的水流、泥沙输运、生物运动等过程。
二、辽河河口水动力学数值模拟模型的应用领域1. 海岸工程规划与设计辽河河口地区的海岸工程建设对水动力学的研究有着重要的参考价值。
通过水动力学数值模拟模型，可以模拟不同建设方案下的水流运动情况，确定合理的河口水道设计，保证航道深度和航行安全，减少泥沙淤积和河口冲淤变化。
2. 河口湿地保护与恢复辽河河口地区拥有丰富的生态资源和湿地生态系统，保护和恢复这些湿地对于生态环境的改善和维护具有重要意义。
水动力学数值模拟模型可以模拟湿地内的水流、盐度、温度等变化，为湿地保护策略的制定提供科学依据。
3. 河口水质管理河口地区的水质管理是保障河口生态环境和居民生活用水安全的重要内容。
通过水动力学数值模拟模型，可以模拟水污染物在河口水域内的传输和分布情况，以及河口对海洋环境的影响，为河口水质管理的制定提供科学依据。
4. 港口规划与管理辽河河口地区是一个重要的港口区域，水动力学数值模拟模型可用于模拟港口内的水流、波浪等情况，为港口规划和管理提供可靠的参考，确保港口的安全运营。
基于海洋保护需求的水质目标确定方法探讨——以小清河为例
第53卷 第6期 2023年6月中国海洋大学学报P E R I O D I C A LO FO C E A N U N I V E R S I T YO FC H I N A53(6):095~102J u n e ,2023基于海洋保护需求的水质目标确定方法探讨❋以小清河为例于晓霞1,2,梁金辉2,杨雪娜2,张启超2❋❋,李爱华2,梁生康1(1.中国海洋大学,山东青岛266100;2.山东省生态环境规划研究院,山东济南250101)摘 要: 本文通过构建小清河河口区水质数学模型并进行了验证,建立了河海水质关联关系,基于多情景对两种理论方案进行了分析㊂建议结合地表水考核位置和考核目标㊁混合区边界近岸海域环境功能区目标要求,近期将河口混合区作为单独的水体类型进行管理,并逐步提高入海河流断面水质要求,实现由地表水到近岸海域水质的过渡和有效衔接,远期根据陆源总氮减排要求,逐步取消河口混合区㊂关键词: 陆海统筹;入海河流;混合区;水质目标中图法分类号: X 5 文献标志码: A 文章编号: 1672-5174(2023)06-095-08D O I : 10.16441/j.c n k i .h d x b .20220065引用格式: 于晓霞,梁金辉,杨雪娜,等.基于海洋保护需求的水质目标确定方法探讨 以小清河为例[J ].中国海洋大学学报(自然科学版),2023,53(6):95-102.Y uX i a o x i a ,L i a n g J i n h u i ,Y a n g X u e n a ,e t a l .R e s e a r c ho n t h em e t h o d o f d e t e r m i n i n g t h ew a t e r q u a l i t y t a r g e t o fX i a o q i n gR i v e r b a s e d o nm a r i n e p r o t e c t i o n n e e d s [J ].P e r i o d i c a l o fO c e a nU n i v e r s i t y of C h i n a ,2023,53(6):95-102. ❋ 基金项目:国家重点研究发展计划项目(2018Y F C 140/604)资助S u p p o r t e d b y t h eN a t i o n a l K e y R e s e a r c h a n dD e v e l o p m e n t P r o gr a mo f C h i n a (2018Y F C 140/604)收稿日期:2022-01-28;修订日期:2022-05-24作者简介:于晓霞(1981 ),女,高级工程师㊂E -m a i l :yu x i a o x i a 19811027@126.c o m ❋❋ 通讯作者:E -m a i l :n j z h a n g qi c h a o @163.c o m 中国是陆地大国,也是海洋大国,拥有约470万k m2海域㊁1.4万k m 海岛岸线㊁1.8万k m 大陆海岸线[1]㊂据统计测算,陆源排放对近岸海域的污染贡献占80%以上,陆源污染排放是海洋污染的主要来源[2]㊂近岸海域陆域污染源包括入海河流及入海排污口,其中入海河流承载着上游各类污染物的汇入,对近岸海域水环境质量影响较大[3]㊂ 十四五 时期,海洋生态环境保护要求构建 流域 河口 近海 污染防治的联动机制,加强陆海协同共治㊂入海河流河口区作为地表水和海水混合区域,是陆海相互作用的过渡地带,其中地表水执行‘地表水环境质量标准“(G B 3838 2002),近岸海域水体执行‘海水水质标准“(G B 3097 1997),而两套标准体系存有较大的差异[4]㊂目前针对小清河的研究仅考虑水环境质量的评价和入海河口区的环境分析,并未开展小清河污染输入与近岸海域水质超标的关联性分析[5-7],已开展的入海河流对近岸海域水质的影响仅分析了河流的污染分担率[8],对指导确定入海河流需达到的水质目标并无借鉴意义㊂因此,基于海洋保护需求对不同入海河流水质目标的确定,需合理地分析河口区,研究制定入海河流河口区环境质量标准,构建陆海统筹衔接的标准体㊂本文通过构建小清河河口区水质数学模型并进行验证,建立河海水质关联关系,基于多情景分析,对设定河口混合区及不设定河口混合区两种方案进行分析,研究提出入海河流水质目标确定的技术方法,为陆海统筹开展入海河流水质目标的确定提供参考㊂1 入海河流河口区水环境质量标准衔接的矛盾随着我国水环境保护工作的逐步推进,水污染物的管控已逐渐由河流向海洋发展,强调 陆海统筹 ,实现海洋可持续发展㊂然而当前我国现行两项水质标准之间的衔接存在诸多问题,例如适用范围存在交叉,在水质分类㊁水质指标设置㊁部分指标分析方法及部分指标标准限值衔接上均有较大的差异,导致陆海水质标准无法有效衔接,制约了我国海洋生态环境保护工作,尤其是污染源陆海联防联控工作的开展和实施㊂两标准之间的衔接问题主要体现在以下几个方面㊂1.1水质分类不衔接‘地表水环境质量标准“和‘海水水质标准“根据不同的使用功能和保护目标分别将目标水体分为5类和4类,无法简单地将两项水质标准的不同类别一一对接(见表1)㊂此外,由于咸淡水生态系统的差异导致其使Copyright ©博看网. All Rights Reserved.中 国 海 洋 大 学 学 报2023年用功能的不同,从功能归属上也较难将两个水质标准予以衔接㊂1.2水质指标设置㊁分析方法及指标标准限值不同‘地表水环境质量标准“中基本项目共有24项,‘海水水质标准“中基本项目共有39项㊂两项水质标准的参数类别虽基本一致,但在部分指标参数的设置上存在显著差异(见表1)㊂基本感官指标方面,在入海河流中存在许多黑臭水体,由于缺少这些基本的感官指标,往往造成部分黑臭或异味水体 达标 排放入海,造成近岸海域水体污染㊂氮磷物质的指标设置方面,地表水和海水之间关于氮㊁磷物质的水质评价是两条线,无法直接比对和评价,严重制约了氮㊁磷等物质的陆海联防联控㊂指标分析方法及指标标准限值方面,两套标准同一指标限值要求可相差数倍,造成河流达标排放,入海后邻近海域水质超标现象,按照地表水达标排放后,造成陆源入海污染物总量超过海域承载能力㊁自净能力㊂表1 ‘海水水质标准“和‘地表水环境质量标准“存在的差异T a b l e 1 T h e d i f f e r e n c e b e t w e e n ‘S e aW a t e rQ u a l i t y S t a n d a r d “a n d ‘E n v i r o n m e n tQ u a l i t y St a n d a r d s f o r S u r f a c eW a t e r “项目I t e m‘海水水质标准“‘S e aW a t e rQ u a l i t y St a n d a r d “‘地表水环境质量标准“‘E n v i r o n m e n tQ u a l i t y S t a n d a r d s f o r S u r f a c eW a t e r “水质指标设置W a t e r q u a l i t y o b je c t i v e 基本感官指标营养物质指标色㊁嗅㊁味无漂浮物/无机氮,包含硝酸盐-氮㊁亚硝酸盐-氮㊁氨氮氨氮非离子氨总磷活性磷酸盐总氮(湖㊁库)部分指标分析方法及指标标准限值I n d e r a n a l y s i s a n d s t a n d a r d化学需氧量碱性高锰酸钾法,第一类㊁第二类㊁第三类和第四类标准值分别为2m g /L ㊁3m g /L ㊁4m g /L ㊁5m g /L ,重铬酸盐法,Ⅰ类㊁Ⅱ类㊁Ⅲ类㊁Ⅳ类和Ⅴ类标准值分别为15m g /L ㊁15m g /L ㊁20m g /L ㊁30m g /L ㊁40m g /L ,生化需氧量五日培养法,第一类㊁第二类㊁第三类和第四类标准值分别为1m g /L ㊁3m g /L ㊁4m g /L ㊁5m g/L ㊂稀释与接种法,Ⅰ类㊁Ⅱ类㊁Ⅲ类㊁Ⅳ类和Ⅴ类标准值分别为3m g /L ㊁3m g /L ㊁4m g /L ㊁6m g /L ㊁10m g/L 2 入海河流地表水与海水混合区的研究本研究以小清河为典型河流,运用M I K E 21建立小清河河口区的水文水质模型㊂选取2019年12月㊁2020年3月和2020年5月为典型月份,对小清河入海断面以下及河口近岸海域水质进行采样监测,以三期水质监测数据,验证模型的可靠性,通过模拟(主要指标考虑无机氮)确定河口混合区的范围及不同情境下的水质目标㊂2.1小清河概况小清河流域是山东省五大流域之一,地处山东腹地,全长237k m ,发源于济南西郊睦里庄,经济南㊁滨州㊁淄博㊁东营㊁潍坊5市18个县(市㊁区),在潍坊寿光市羊口镇注入渤海莱州湾㊂本次研究选取小清河为典型河流,通过水文水质模拟,研究入海河流水质目标确定的技术方法㊂选取小清河作为研究对象的主要原因包括:一是小清河发源于本省,对小清河开展研究,不涉及责任纠纷;二是小清河对整个莱州湾甚至渤海海域的污染贡献较大,依据2018年山东省主要入海河流污染物入海量贡献比(除黄河外),小清河的贡献率最高,约47.5%,占近一半的入海污染量,小清河的水质是渤海海域水质变化的重要影响因素,因此,小清河管理经验对其他入海河流具有示范性和可复制性;三是小清河干流设有省控及以上水文站3个㊁省控及以上水质考核断面共7个,相对于其他入海河流而言更为丰富的水文水质资料,便于模拟和对比㊂2.2监测站位布设及监测结果为了解小清河及附近海域海水水质现状,对小清河羊口断面以下及河水与海水混合区进行污染物监测,共布设17个监测点位,分别监测3次,分别为2019年12月㊁2020年3月㊁2020年5月,点位分布情况详见图1㊂2.3数学模型构建水动力模型采用水深平均的平面二维水动力运动方程,含动量方程㊁连续性方程及物质输运方程,可较好地反映莱州湾流场中水流运动特征及物质输运过程㊂具体控制方程如下:2.3.1控制方程连续性方程:∂ζ∂t +∂h u ∂x +∂h v ∂y=0㊂(1)69Copyright ©博看网. All Rights Reserved.6期于晓霞,等:基于海洋保护需求的水质目标确定方法探讨图1 小清河河口区监测点位分布图F i g .1 D i s t r i b u t i o nm a p o fm o n i t o r i n g po i n t s i n X i a o q i n g R i v e r e s t u a r y ar e a 动量方程:x 方向:∂u ∂t +u ∂u ∂x +v ∂u ∂y-f v =-g∂ζ∂x -g u u 2+v 2c 2h +∂∂x (N x ∂u ∂y )+∂∂y (N y ∂u ∂y)㊂(2)y 方向:∂v ∂t +u ∂v ∂x +v ∂v ∂y +f u =-g ∂ζ∂y-g v u 2+v 2c 2h +∂∂x (N x ∂v ∂x )+∂∂y (N y ∂v ∂y)㊂(3)垂向平均的物质输运方程:∂(H P )∂t +∂(H P u )∂x +∂(H P v )∂y-∂∂x (H D x ∂p ∂x )-∂∂y (H D y ∂p ∂y )=H S -k p ㊂(4)式中:x ,y 原点o 置于某一水平基面的直角坐标系坐标;u ,v 流速矢量V ң沿x ㊁y 方向的分量(m /s );ζ相对于x o y 坐标平面的水位(m );h =d +ζ总水深(m );d 相对于x o y 坐标平面的水深(m );N x ,N y ,水流x ,y 紊动粘性系数;f 科氏参量;g 重力加速度;c 谢才系数,c =1n6R ,n 为曼宁糙率系数;P 为污染物浓度(m g /L );D x ㊁D y 为x ㊁y 向扩散系数;S 为污染物在单位时间的排放量速率;k为衰减系数㊂2.3.2网格划分 本研究所建立的海域数学模型计算域范围及网格如图2所示,即为图中莱州港㊁黄河口两点以及岸线围成的海域㊂模拟采用非结构三角网格,整个模拟区域内由9302个节点和15775个三角单元组成;最小网格间距为20m ㊂图2 大海域计算域网格及潮位验证点位置图F i g .2 R e g i o n a l g r i d d i a g r a mf o r l a r g e o c e a n a r e a c o m pu t a t i o n a n d t h e l o c a t i o n o f v e r i f i c a t i o n p o i n t 2.3.3边界条件及参数选取 模型设置中陆地边界为闭边界,沿闭边界流速的切向速度的法向梯度㊁水位法向梯度均为零,传播到闭边界的波浪均完全吸收㊂开边界采用的是水位边界条件,由渤海潮流模型提供㊂水深和岸界根据相关水深地形测量资料以及工程附近海域的最新实测水深地形资料确定㊂模型计算时间步长根据C F L 条件进行动态调整,确保模型计算稳定进行,最小时间步长0.5s㊂底床糙率通过曼宁系数进行控制,曼宁系数n 取45~58m 1/3/s㊂采用考虑亚尺度网格效应的S m a g o r i n s k y (1963)公式计算水平涡粘系数,表达式如下:A =c 2s l 22S i j S i j ㊂式中:c s 为常数;l 为特征混合长度,由S i j =12㊃∂u i ∂x j+∂u j ∂x i æèçöø÷,(i ,j =1,2)计算得到㊂2.3.4计算工况 本次数值模拟设置了2种方案,一是基于实测调查资料的现状浓度㊁不设定考核断面的情况,二是不设定河口混合区㊁水质达到相应近岸海域环境功能区的情况㊂每种计算方案包括3种工况,分别对应2019年12月㊁2020年3月㊁2020年5月三个典79Copyright ©博看网. All Rights Reserved.中 国 海 洋 大 学 学 报2023年型月份㊂依据海水无机氮考核要求,为方便模拟研究,对小清河地表水3个站位三期监测结果简单分析,初步得出地表水中无机氮(y )与总氮(x )的关系为y =0.8923x -0.029(R 2=0.8894,仅适用于本次模拟分析),源强无机氮是总氮转换值㊂模拟了6个工况半月潮条件下,无机氮在河口及附近海域的浓度场时空变化规律㊂根据小清河各站历年各月平均流量统计情况及小清河河口区污染物监测结果,各工况的主要计算参数如表2㊂表2 计算工况信息表T a b l e 2 I n f o r m a t i o n t a b l e o f c a l c u l a t i o n c o n d i t i o n s计算方案C a l c u l a t i o n s c h e m e工况编号C o n d i t i o n sN o .潮型T i d e p a t t e r n 对应月份M o n t h 入海流量D i s c h a r ge /(m 3/s )源强S o u r c e s t r e n gt h (无机氮(m g /L ))本底浓度T h e b a c k gr o u n d c o n c e n t r a t i o n /(m g/L )1半月潮2019-1229.49.50.97一2半月潮2020-0320.19.51.013半月潮2020-0512.7112.64半月潮2019-1229.4合理确定源强,保证入海水质达到二类标准0.97二5半月潮2020-0320.11.016半月潮2020-0512.72.6注:本底浓度值(即背景值)依据三次采样监测数据离岸最远点位最小值来确定㊂T h e b a c k g r o u n d c o n c e n t r a t i o nv a l u e i s d e t e r m i n e d a c c o r d i n g to t h e m i n i m u mv a l u e o f t h e f a r t h e s t o f f s h o r e p o i n t o f t h e t h r e e s a m p l i n g m o n i t o r i n g da t a .2.3.5潮流模型验证 潮位采用潍河口㊁潍坊港的潮位观测资料,潮位验证曲线如图3所示㊂潮流采用中国海洋大学于2014年5月28日12:00至2014年5月29日13:00观测数据,潮流验证曲线如图4所示㊂潮位及潮流验证结果表明,模拟值与实测值均基本吻合,能够较好地反映周边海域潮位及潮流状况㊂图3 潮位验证曲线F i g.3 T i d e l e v e l v e r i f i c a t i o n c u r v e 2.3.6污染物扩散模拟结果及验证 根据流场运动规律,选用2019年12月小清河流量及监测的无机氮浓度数据,选取H 1㊁H 2㊁H 3㊁H 4㊁K 52㊁K 53㊁K 103㊁K 153等8个点进行验证,文中给出的预测结果为最大浓度增量,即该格点上各时刻数据中最高的瞬时浓度,浓度增量等值线是各点最高瞬时浓度的连线㊂图5给出了2019年12月小清河无机氮扩散的预测结果,表3给出了无机氮实测值与模拟值偏差一览表㊂从表3中可以看出,除H 4㊁K 52站位外,各站位无机氮的模拟值与实测值偏差在5%以内,模拟结果能够较好地反映小清河无机氮指标在河口处的扩散趋势㊂H 4㊁K 52站位模拟结果较差可能与采样时间所对应的涨落流变化有关㊂2.4河口混合区划定及水质目标根据三次水质监测数据,选取2019年12月㊁2020年3月㊁5月进行现状条件下河口混合区范围(增量ȡ0.3m g/L )的模拟(见图6)㊂结果显示,2019年12月㊁2020年3月㊁5月混合区范围分别约184.8㊁134.05和95.9k m 2,对应的总氮浓度目标值约为10.2㊁11.3和7.38m g/L ㊂2.5无河口混合区情境下的河流水质目标根据‘山东省近岸海域环境功能区划(2016 2020年)“,小清河入海口执行二类海水水质标准(无机氮ɤ0.30m g /L ),因此,小清河入海污染物导致附近海域无机氮浓度增量应不超过0.30m g /L (即扣除本底浓度)㊂89Copyright ©博看网. All Rights Reserved.6期于晓霞,等:基于海洋保护需求的水质目标确定方法探讨(L Z 1站位和L Z 3站位㊂L Z 1s t a t i o n a n dL Z 3s t a t i o n .)图4 潮流验证曲线F i g.4 P o w e r f l o wv e r i f i c a t i o n c u r ve 图5 2019年12月无机氮扩散模拟结果F i g .5 S i m u l a t i o n r e s u l t s o f i n o r g a n i c n i t r o ge n d if f u s i o n i nD e c e m b e r 2019表3 2019年12月无机氮实测值与模拟值偏差一览表T a b l e 3 L i s t o f d e v i a t i o n s b e t w e e nm e a s u r e d a n d s i m u l a t e di n o r g a n i c n i t r o ge n v a l u e s i nD e c e m b e r 2019站位S t a t i o n 实测值M e a s u r e d /(m g /L )模拟值S i m u l a t e d /(m g /L )偏差D e v i a t i o n /%H 19.779.50-2.76H 28.218.493.43H 35.876.164.89H 42.649.47258.71K 522.154.1391.96K 535.475.643.20K 1032.132.05-3.75K 1530.970.970.51图6 2019年12月(a )㊁2020年3月(b )及年5月(c)小清河河口混合区范围示意图F i g .6 S c o p e o f X i a o q i n g E s t u a r y M i x i n g Z o n e i nD e c e m b e r 2019(a ),M a r c h 2020(b )a n dM a y 2020(c )99Copyright ©博看网. All Rights Reserved.中 国 海 洋 大 学 学 报2023年图7给出了2019年12月源强为2.3和2.28m g /L 时无机氮的扩散范围(图中给出的为扣除本底后的人为增量,下同)㊂从中可以看出,当源强为2.3m g /L 时,小清河河口临近海域的无机氮增量>0.3m g/L ,不符合二类海水水质标准;当源强为2.28m g /L 时,小清河河口临近海域水质可达到二类水质标准(无机氮小于0.3m g/L )㊂因此,在不设定河口混合区(即只要河流入海,水质即应达到相应近岸海域环境功能区的水质目标要求,下同)的条件下,小清河无机氮排放浓度(羊口断面)不应超过2.28~2.29m g /L ,对应的总氮浓度不应超过2.59~2.60m g/L㊂图7 无机氮源强为2.3m g /L (左)和2.28m g/L (右)时对应的扩散范围F i g .7 D i f f u s i o n r a n g e c o r r e s p o n d i n g t o 2.3m g /L (l e f t )a n d 2.28m g /L (r i g h t )i n o r g a n i c n i t r o g e n s o u r c e s t r e n gt h 图8给出了2020年3月源强为1.32和1.31m g/L 时无机氮的扩散范围㊂从中可以看出,当源强为1.32m g /L 时,小清河河口临近海域的无机氮增量>0.3m g /L ,不符合二类海水水质标准;当源强为1.31m g/L 时,小清河河口临近海域水质可达到二类水质标准(无机氮小于0.3m g/L )㊂因此,在不设定河口混合区的条件下,小清河无机氮排放浓度(羊口断面)不应超过1.31m g/L ,对应的总氮浓度不应超过1.50m g/L㊂图8 无机氮源强为1.32m g /L (左)和1.31m g/L (右)时对应的扩散范围F i g .8 D i f f u s i o n r a n g e c o r r e s p o n d i n g t o 1.32m g /L (l e f t )a n d 1.31m g /L i n o r g a n i c n i t r o g e n s o u r c e s t r e n gt h 图9分别给出了2020年5月源强分别为2.93和2.91m g /L 时无机氮的扩散范围,需要说明的是,图中给出的为扣除本底后的人为增量㊂从中可以看出,当源强为2.93m g /L 时,小清河河口临近海域的无机氮增量>0.3m g/L ,不符合二类海水水质标准;当源强为2.91m g/L 时,小清河河口临近海域水质可达到二类水质标准(无机氮小于0.3m g/L )㊂因此,在不设定河口混合区的条件下,小清河无机氮排放浓度(羊口断面)不应超过2.91~2.92m g/L ,对应的总氮浓度不应超过3.29~3.30m g/L ㊂001Copyright ©博看网. All Rights Reserved.6期于晓霞,等:基于海洋保护需求的水质目标确定方法探讨图9 无机氮源强为2.93m g /L (左)和2.91m g/L (右)时对应的扩散范围F i g .9 D i f f u s i o n r a n g e c o r r e s p o n d i n g t o 2.93m g /L (l e f t )a n d 2.91m g /L (r i g h t )i n o r g a n i c n i t r o g e n s o u r c e s t r e n gt h 3 结语及建议本文尝试通过建立数学模型模拟研究确定小清河水质目标,存在河流流量及污染物扩散连续性㊁氮污染物形态转化㊁采样时间和空间连续性等诸多不可控因素,会影响模型精度㊂但也呈现出一定的规律性,具体如下:统筹陆域地表水环境功能区划与近岸海域环境功能区划的管理需求,结合小清河水文水质模拟研究,不设定混合区时,小清河入海断面不同水期总氮浓度需在1.5~3.3m g /L 范围内㊂设定混合区时,不同水期小清河入海断面总氮目标浓度在7.38~11.3m g /L 范围内,接近或大于小清河2020年入海断面总氮年均值(7.3m g/L )㊂因此,在根据不同水期水质监测数据模拟确定河口混合区后,需结合混合区边界的近岸海域环境功能区划水质目标㊁入海河流上游总氮减排的可行性等因素,合理缩小混合区范围,结合确定入海断面的位置和考核目标㊂建议综合考虑上述两种情景,基于经济技术可行性,确定入海河流水质目标㊂针对河口区特殊的水体特征和地理位置,将河口混合区作为单独的水体类型进行管理,制定能够满足水体使用功能并有效维护水体生态系统健康的河口区的水环境质量标准㊂结合地表水考核位置和考核目标㊁混合区边界近岸海域环境功能区目标要求,通过水文水质模拟,合理确定混合区的水质考核目标,实现由地表水到近岸海域水质的过渡和有效衔接㊂可分两步逐步实现入海河流的水质满足海水要求:近期目标,即科学设置过渡期(划定河口混合区),逐步提高入海河流断面水质要求;远期目标,即依据减排措施,逐步取消河口混合区㊂当前我国近岸海域水质超标因子主要是无机氮和活性磷酸盐,富营养化问题突出㊂现行‘地表水环境质量标准“(G B 3838 2002)中表征河流富营养化的指标为氨氮㊁总磷,‘海水水质标准“(G B 3097 1997)中为无机氮㊁活性磷酸盐,而目前针对地表水及海水中无机氮㊁氨氮㊁总氮之间,总磷㊁活性磷酸盐之间的关系和循环转化过程的研究开展较少,各类指标之间的联系尚不明确,给氮磷污染控制带来了极大不便㊂建议在地表水及海水水质标准中均设置总氮㊁总磷指标,以便进一步了解水体中不同形态氮和磷的相互关系㊁循环转化过程以及与富营养化或赤潮灾害的关系,更好地阐释近岸海域环境质量与陆源污染源之间的关系㊂通过开展区域性营养物质的海水水质基准研究,制定符合当前社会经济发展状况的地表水和海水中的总氮㊁总磷水质标准限值㊂参考文献:[1] 姚瑞华,张晓丽,刘静,等.陆海统筹推动海洋生态环境保护的几点思考[J ].环境保护,2020,48(7):14-17.Y a oR H ,Z h a n g X L ,L i uJ ,e t a l .S t u d y o n p r o m o t i n g m a r i n e e c o -e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n t h r o u g h l a n d a n dm a r i n e d e v e l o pm e n t i n a c o o r d i n a t e dw a y [J ].E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n ,2020,48(7):14-17.[2] 刘静,刘录三,郑丙辉.入海河口区水环境管理问题与对策[J ].环境科学研究,2017,30(5):645-653.L i u J ,L i uLS ,Z h e n g BH.P r o b l e m s a n d c o u n t e r m e a s u r e s o f w a -t e r e n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n t i ne s t u a r i e s [J ].R e s e a r c ho fE n v i -r o n m e n t a l S c i e n c e s ,2017,30(5):645-653.[3] 张晓丽,姚瑞华,徐防.陆海统筹协调联动助力渤海海洋生态环境保护[J ].环境保护,2019,47(7):13-16.Z h a n g XL ,Y a oR H ,X uF .C o o r d i n a t i o n a n d l i n k a g e o f l a n d a n d s e a t o p r o m o t e t h em a r i n e e c o -e n v i r o n m e n t p r o t e c t i o n i nB o h a i S e a [J ].E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n ,2019,47(7):13-16.[4] 杨帆,林忠胜,张哲,等.浅析我国地表水与海水环境质量标准存在的问题[J ].海洋开发与管理,2018,35(7):36-41.Y a n g F ,L i n Z S ,Z h a n g Z ,e t a l .P r o b l e m s i n e n v i r o n m e n t a l q u a l i -t y st a n d a r d s o f s u r f a c ew a t e r a n dm a r i n ew a t e r i nC h i n a [J ].O c e a n D e v e l o p m e n t a n dM a n a ge m e n t ,2018,35(7):36-41.[5] 李昶,陈丽贵,何造胜.莱州湾小清河入海口水质变化及成因分析101Copyright ©博看网. All Rights Reserved.中国海洋大学学报2023年[J].环境与发展,2020,32(11):118-119+121.L i C,C h e n LG,H e Z S.A n a l y s i s o f w a t e r q u a l i t y c h a n g e a n d c a u-s e s o fX i a o q i n g R i v e re s t u a r y i nL a i z h o uB a y[J].E n v i r o n m e n t a la n dD e v e l o p m e n t,2020,32(11):118-119+121.[6]孙伟,张守本,杨建森,等.小清河口水环境质量评价及主要污染物入海通量研究[J].海洋环境科学,2017,36(3):366-371.H eW,Z h a n g SB,Y a n g J S,e t a l.Q u a l i t y a s s e s s m e n t o f a q u a t i c e n v i r o n m e n t a n d f l u x e so fm a j o r p o l l u t a n t s t ot h eX i a o q i n g r i v e re s t u a r y[J].M a r i n e E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e,2017,36(3):366-371.[7]范新凤,韩美,王磊,等.小清河入海口近十年水质变化及驱动因素分析[J].环境科学,2020,41(4):1619-1628.F a nXF,H a nM,W a n g L,e t a l.A n a l y s i s o f w a t e r q u a l i t y c h a n g e a n d i t sd r i v i n g f a c t o r so f t h eX i a o q i n g r i v e r e s t u a r y i nr e c e n t t e n y e a r s[J].E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e,2020,41(4):1619-1628.[8]李志伟,崔力拓.秦皇岛主要入海河流污染及其对近岸海域影响研究[J].生态环境学报,2012,21(7):1285-1288.L i ZW,C u i LT.C o n t a m i n a t i v e c o n d i t i o n s o fm a i n r i v e r s f l o w i n g i n t o t h e s e a a n d t h e i r e f f e c t o n s e a s h o r e o f Q i n h u a n g d a o[J].E c o l o-g y a n dE n v i r o n m e n t a l S c i e n c e s,2012,21(7):1285-1288.R e s e a r c h o n t h eM e t h o d o f D e t e r m i n i n g t h eW a t e r Q u a l i t y T a r g e t o fX i a o q i n g R i v e r B a s e d o nM a r i n eP r o t e c t i o nN e e d sY uX i a o x i a1,2,L i a n g J i n h u i2,Y a n g X u e n a2,Z h a n g Q i c h a o2,L i A i h u a2,L i a n g S h e n g k a n g1 (1.O c e a nU n i v e r s i t y o f C h i n a,Q i n g d a o266100,C h i n a;2.S h a n d o n g A c a d e m y f o r E n v i r o n m e n t a l P l a n n i n g,J i n a n250101,C h i n a)A b s t r a c t: T h e e s t u a r y a r e ao f r i v e r s e n t e r i n g t h e s e a i s am i x e da r e ao f s u r f a c ew a t e r a n ds e aw a t e r.D u e t o i t s s p e c i a l g e o g r a p h i c a l c h a r a c t e r i s t i c s,t h ew a t e r q u a l i t y e v a l u a t i o nr e s u l t so f t h e e s t u a r y a r e a c a n t r e f l e c t t h em a i n r e s p o n s i b i l i t y o f t h ew a t e r q u a l i t y t a r g e t o b j e c t i v e l y.T h e r e f o r e,t h e a r t i c l e e s t a b l i-s h e s t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n r i v e r a n d s e aw a t e r q u a l i t y,a n d s e l e c t t h e b e t t e r s c h e m e b a s e d o nm u l t i p l e s c e n a r i oa n a l y s i sa n da r g u m e n t a t i o n,a c c o r d i n g t ob u i l da n dv a l i d a t ea m a t h e m a t i c a lm o d e l o fw a t e r q u a l i t y i n t h e X i a o q i n g R i v e r e s t u a r y a r e a.F i n a l l y c o n s i d e r i n g t h e a s s e s s m e n t l o c a t i o n a n d t a r g e t s o f s u r-f a c ew a t e r,w e s u g g e s t t h a t c h o o s e t h e e s t u a r y m i x e d a r e a a s a s e p a r a t ew a t e r b o d y t y p e,a n d i m p r o v e t h ew a t e r q u a l i t y r e q u i r e m e n t s o f r i v e r s e c t i o n s e n t e r i n g t h e s e a g r a d u a l l y i n t h e n e a r f u t u r e.I n t h e l o n g t e r m,a c c o r d i n g t o t h e r e q u i r e m e n t s o f l a n d-b a s e d t o t a l n i t r o g e n e m i s s i o n r e d u c t i o n,t h e e s t u a r i n em i x e d a r e aw i l l b e e l i m i n a t e d g r a d u a l l y.I t w i l l r e a l i z e t h e t r a n s i t i o n a n d e f f e c t i v e c o n n e c t i o n f r o ms u r f a c ew a t e r t o o f f s h o r ew a t e r q u a l i t y.K e y w o r d s:l a n d-s e a c o o r d i n a t i o n;r i v e r s t o t h e s e a;m i x e d a r e a s;w a t e r q u a l i t y t a r g e t s责任编辑徐环201Copyright©博看网. 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测绘技术在河口区资源开发与生态保护中的应用
测绘技术在河口区资源开发与生态保护中的应用随着人们对环境保护意识的增强，保护河口区生态环境成为当今社会发展的重要议题之一。
然而，河口区的资源开发与生态保护之间经常存在矛盾，因此，如何在这两者之间找到平衡点成为一个亟待解决的问题。
幸运的是，测绘技术的应用为我们提供了有力的工具，以便更好地管理和保护河口区的资源。
首先，利用测绘技术能够准确勘测河口区的地貌和地形，为资源开发项目提供重要依据。
例如，在沿海城市的土地开发中，要解决海滨地区的土地缺口问题，就需要在合适的位置进行填海造陆。
测绘技术可以通过地形测量和深水测量，量化沿海土地的适用性并确定填海造陆的最佳区域，以最大程度地减少环境影响。
其次，测绘技术在河道整治中起到至关重要的作用。
由于地理环境的复杂性，河口区的河道往往不稳定，容易造成水位波动和洪水等自然灾害。
通过利用测绘技术，对河口区进行测量和监测，我们可以实时了解河道的变化情况，采取相应的整治措施。
例如，在河口区整治工程中，测绘技术可以监测河道淤积和冲刷情况，及时发现问题，并采取疏浚和冲沙等手段，以减少河口区内的泥沙淤积现象，从而保持河道稳定和生态平衡。
此外，测绘技术还可以应用于河口水域生物资源的保护。
河口区作为淡水和海洋生态系统的交汇点，拥有丰富的鱼类、贝类和海洋植被等生物资源。
然而，过度捕捞和环境污染等因素对这些资源造成了严重威胁。
利用测绘技术对水域进行科学测量和监测，我们可以更好地了解水域中生物种群的分布和数量。
这为科学合理地制定渔业管理政策提供了基础数据，帮助控制资源的开发和保护。
除了上述应用之外，测绘技术还可以为河口区的环境监测和自然灾害预警提供帮助。
通过利用遥感技术和GIS系统，可以对沿海地区的土地利用和环境污染情况进行实时监测。
此外，利用地理信息系统和数值模拟方法，可以进行风暴潮、海浪和海洋酸化等自然灾害的预测和预警。
这些都为河口区的资源开发和生态保护提供了科学依据。
综上所述，测绘技术在河口区资源开发与生态保护中的应用不可忽视。
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第 3期 白 赟等 : 寿光市羊口镇小清河左岸滩地开发方案中水流影响之数值模拟研究与应用
·427·
φ - 当地的纬度 。 1. 4 确定计算方法
数学模型是将已知的水动力学基本定律用数学方程进行描述 , 在一定的求解条件下 , 采用数值计算 方法以及编制相应的计算机程序求解这些数学方程 , 从而达到模拟某个水动力学理论问题或工程实际问 题的目的 。其计算方法应具有稳定性 、准确性 、灵敏性和适应性 。通过对有限元法 ( FEM ) 、有限差分 法 ( FDM ) 、边界元法 (BEM ) 等方法的分析比较 , 基于有限元法的优点 , 本次寿光市羊口镇小清河口 左岸滩地开发方案数值模拟的研究 , 采用有限元法求解深度平均的二维水流数学模型 。 1. 5 确定模型的边界条件
经验 。
为更好地反映小清河主槽 、滩地的水流分布情况及拟开发工程对水流的约束作用 、工程建成后水流
的实际流动情况和水流对拟建工程的影响 , 本次研究采用深度平均二维水流数学模型 。采用伽辽金有限
元法借助于美国杨伯翰大学 、美国陆军工程兵团等联合研制的 SM S软件求解深度平均二维水流数学模
型 , 对羊口镇小清河下游进行不同工况 (有无拟建工程及拟建工程的不同规模 ) 、在通过不同流量 (即
白 赟 1 , 杨香云 1 , 吴怀河 2
(1. 山东省水利勘测设计院 , 山东 济南 250001; 2. 东阿县水利局 , 山东 东阿 252201)
摘要 : 为更好地反映小清河主槽 、滩地的水流分布情况及拟开发工程对水流的约束作用 , 分析工程建成后水 流的实际流动情况和水流对拟建工程的影响 , 本文采用深度平均二维水流数学模型就水流对滩地开发的影响 进行模拟 , 确定了可行的开发方案 。 关键词 : 数值模拟 ; 有限元 ; 滩地 ; 整治开发 ; 河口 中图分类号 : TV 131. 65 文献标识码 : A 文章编号 : 1000 - 2324 (2009) 03 - 0425 - 04
n - 糙率系数 ;
ζ-
风应力系数
ζ
=
γρ aa
/ρ(ζ
=
1.
6
×10- 6 ) ;
γ a
- 系数 (取
0. 0013) ;
ρ a
- 空气的密度
kg /m 3 ;
Va - 风速 m / s;
ψ - 风向与 x方向的夹角 (逆时针为正 ) , 0 ～ 360°;
ω - 地球的自转角速度 1 / s;
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(1) 确定起始水位 根据羊角沟站实测 1951年 ～1994年汛期 (7～9月 ) 最高潮位作频率分析 , 5年一遇除涝水位采用 历年汛期最高潮位的均值 2. 0 m , 20年一遇防洪水位采用相应重现期的汛期最高潮位值 2. 68 m。 (2) 确定河道糙率 根据各河段主河槽和滩地的实际情况 , 确定小清河塌河口以下河段主槽糙率 0. 0225, 边滩糙率 0. 035。 (3) 确定流量 5年一遇标准除涝设计流量 1100 m3 / s, 20年一遇防洪流量 2000 m3 / s。 1. 6 拟定研究方案 主要模拟研究范围是羊口镇小清河大桥下游拟开发的左岸滩地 , 因现状小清河羊口镇下游左岸已有 距小清河左河口 300 m 的大堤长 4. 95 km , 考虑多方因素 , 纵向堤的位置保留不变 。拟三个方案进行 分析 : ( Ⅰ) 羊口小清河大桥下游左岸滩地开放式方案 , 该方案是羊口小清河大桥下游左岸滩地不设任 何建筑物 ; ( Ⅱ) 羊口小清河大桥下游左岸滩地闭合方案 , 该方案分析隔坝将小清河大桥下游左岸滩地 与主河道完全分隔 , 大桥以下隔堤以东小清河左岸滩地不过流 ; ( Ⅲ) 羊口小清河大桥下游左岸滩地在 不影响过洪情况下设过流建筑物方案 , 该方案是在小清河大桥下游左岸滩地用堤坝与主河道分离 , 但在 大桥处设控制闸 , 当小清河洪水上滩需滩地行洪时 , 启用控制闸 , 滩地过流 。 1. 7 数值模拟计算结果 小清河下游治理段共划分为 1797个单元 , 5251个节点 , 网格边长最大尺度 Lm ax = 100 m , Lm in = 15
长 9. 2km。
1. 3 数学模型建立 深度平均二维水流数学模型相应的浅水动力学基本方程组为 :
h
9u 9t
+
hu
9u 9x
+
h
v
Байду номын сангаас9u 9y
-
ρh 〔εxx
92 u 9x2
+εxy
92 u 9y2
〕+
g h〔99zxb
+
9h 9x
〕+
g u n2 h1 /3
×( u2
+ v2 ) 1 /2
- ζv2a cosψ -
目前 , 计算水动力学一维 、二维模型的研究比较成熟 , 三维模型由于需要精细的定解和参数识别条
收稿日期 : 2009 - 3 - 10 作者简介 : 白 赟 , (1982 - ) 女 , 助理工程师 , 主要从事水利工程规划 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
山东农业大学学报 Journal of Shandong
(自然科学版 ) , 2009, 40 (3) : 425 Agricultural University (Natural Science)
4 28
寿光市羊口镇小清河左岸滩地开发方案中水流影响之 数值模拟研究与应用
9h 9t
+ h〔99ux
+
9v 9y
〕+
u
9h 9x
+
v
9h 9y
=0
(1 - 3)
式中 : h - 水深 m;
u, v - x, y坐标方向的流速分量 m / s; ρ - 水的密度 kg /m 3 ; ε - 水平涡粘性系数 Pa·s; g - 重力加速度 m / s2;
zb - 湖底高程 m;
出结果 , 确定可行的开发方案 。
1. 2 选定数值模拟区域 羊口镇小清河左岸滩地拟开发区域为小清河桩号 211 + 050 ～216 + 000。根据小清河下游河口区域
内地形 、地势 、堤防 、主槽 、滩地等边界特征 , 仔细识图 , 认真分析研究计算区域边界 。为获得较为稳
定的水流形态 , 本次模型计算区域选定为新塌河口以下区域 , 小清河中泓桩号为 206 + 800～216 + 000,
1 拟开发方案的数值模拟
1. 1 总体思路 关于河道内输水能力与水面线的分析计算 , 目前大多数是以传统的明渠恒定非均匀渐变流的逐段试
算法进行计算 , 这样做是将河道内水流工况进行一维概化 , 模拟结果不能反映拟开发工程对水流的约束 作用及有工程时水流的实际流动情况 , 同时也不能反映水流对拟建工程的影响 , 特别是在河口感潮河 段 , 水流条件极为复杂 , 利用明渠恒定非均匀渐变流进行一维概化计算更是无法完成 。
美国杨伯翰大学 、美国陆军工程兵团等单位联合研制的 SM S地表水模型系统计算软件 , 已在全球
200多个国家和地区得到广泛的使用 。自 2001年开始 , 该模型成功的应用于南四湖二维流场和污染物 浓度场的数值模拟研究 , 并在 2002年中美水资源高级研讨会上作了大会交流 , 已经积累了较为丰富的
5年一遇除涝流量 、20年一遇防洪流量 ) 的情况下的数值模拟研究 。 分析各方案情况下的水流形态 、水流分布 、拟建工程对水流的约束作用 、有工程时水流的模拟流动
情况和水流对拟建工程的影响 , 选取各方案具有代表性的纵 、横断面 , 对某一断面的水位值与 1996年
原小清河治理的水面线进行对比分析 , 各方案之间从整个河道的水流形态 , 工程效果进行综合比较 , 得
2hωv sinφ
=0
(1 - 1)
h
9v 9t
+
hu
9v 9x
+
hv
9v 9y
-
ρh 〔εyx
92 v 9x2
+εyy
92 v 9y2
〕+
g h〔99zyb
+
9h 9y
〕+
g vn2 h1 /3
×( u2
+ v2 ) 1 /2
- ζv2a sinψ + 2hωu sinφ = 0
(1 - 2)
·426·
山东农业大学学报 (自然科学版 ) 第 40卷
件而应用较少 。在浅水湖泊数值模拟的实践中一维模型过于简单 , 二维模型则得到了非常广泛的应用 。 如太湖风生湖流的数值模拟 、巢湖流场的数值模拟 、珠江口伶仃洋的流场模拟 、洪泽湖混合流数值模拟
以及三峡库区岸边污染混合区数值模拟与分析等都采用了二维模型 。
m。为了清晰表述各设计方案的计算成果 , 将各方案的计算成果汇总于表 1。
2 确定工程可行性方案
从表 1中可以看出方案 Ⅲ在左岸滩地下游端存在的水位落差减小至 0. 18 m , 工程效果与侧向开口 两处各 100 m 的效果基本一致 , 该方案没有形成较大的横向水流 , 水流形态较好 。因此推荐羊口小清河 大桥 (羊口小清河大桥下游左岸滩地上游端开口 200 m、下游端开口 300 m ) 以下左岸滩地 , 在不影响 防洪情况下建过流建筑物方案 , 作为羊口镇小清河下游左岸滩地开发保护工程的可行性方案 。
THE NUM ER ICAL S IM ULAT IO N RESEARCH AND APPL ICAT IO N O F FL U ID INFL UENCE IN THE D EVELO PM ENT PRO GRAM O N THE L EFT