水质模型与地理信息系统的集成研究
水力学
1、水力学的研究方法： 1、理论分析方法 2、实验方法 3、数值计算法 2、所谓作用在液体上的力，即作用在隔离体上的外力。按力的物理性质区分可有粘结力、重力、惯性力、弹性力和表面张力等，按力的作用特点区分可有质量力和表面力两类。 3、重力液体的等压面是与重力加速度g互相垂直的曲面。 4、压强的单位有三种表示方法： 1、用单位面积上的力表示 2、用液柱高度表示 3、用工程大气压P a的倍数表示 5、绝对压强：以绝对真空作起算零点的压强，以P abs表示 6、相对压强：以工程大气压Pa做起算零点的压强，以Pr表示 7、真空值：P abs
最全地城市洪涝、河道、水质模型模拟软件介绍
一、相关模型简介清单
二、城市内涝模型 1)MIKE URBAN城市排水模拟软件 MIKE URBAN 城市排水软件是顶级的排水管网模拟软件。它整合了ESRI 的ArcGIS 以及排水管网模拟软件，形成了一套城市排水模拟系统。该模型广泛应用于城市排水与防洪、分流制管网的入流或渗流、合流制管网的溢流、受水影响、在线模型、管流监控等方面, 可为水资源的可持续利用、污染控制、雨水和污水管网管理及城市防洪提供综合管理方案。 应用领域 ?雨污水泵站优化调度 ?排水管网溢流（CSO /SSO）分析 ?管网泥沙淤积评估 ?管网水质分析 ?城市降雨径流过程分析 ?城市内涝分析与风险评估 ?城市排水防涝规划 ?低影响开发（LID）的模拟 ?海绵城市的规划
2)MIKE FLOOD MIKE FLOOD 是迄今为止最完整的洪水模拟工具。它包括完整的一维及二维的洪水模拟引擎，从河流洪水到平原洪泛，从城市雨洪到污水管流，从海洋风暴潮到堤坝决口，能够模拟所有实际的洪水问题。MIKE FLOOD 甚至可以模拟以上各种情况的组合。其它模拟软件所不具备的功能，都可在MIKE FLOOD 中找到 应用领域 ?洪水管理 ?快速的洪水评估 ?绘制洪泛图 ?工业区、居民区等的灾害分析 ?编制应急计划，如疏散路径及优先级等 ?气候变化的影响分析 ?防洪措施研究 ?城市排水与河流、海洋洪水的综合问题研究 ?溃坝及其他防洪设施垮塌的影响研究 3)InfoWorks ICM 完整模拟城市雨水循环系统，实现了城市排水管网系统模型与河道模型的整合，更为真实的模拟地下排水管网系统与地表受纳水体之间的相互作用。它在一个独立模拟引擎内，完整的将城市排水管网及河道的一维水力模型，同城市流域二维洪涝淹没模型结合在一起，
(完整版)水力学试题带答案
水力学模拟试题及答案 1、选择题：（每小题2分） （1）在水力学中，单位质量力是指（） a、单位面积液体受到的质量力； b、单位体积液体受到的质量力； c、单位质量液体受到的质量力； d、单位重量液体受到的质量力。 答案：c （2）在平衡液体中，质量力与等压面（） a、重合； b、平行 c、相交； d、正交。 答案：d （3）液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为 a、1 kN/m2 b、2 kN/m2 c、5 kN/m2 d、10 kN/m2 答案：b （4）水力学中的一维流动是指（） a、恒定流动； b、均匀流动； c、层流运动； d、运动要素只与一个坐标有关的流动。 答案：d （5）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R=（） a、8； b、4； c、2； d、1。 答案：b （6）已知液体流动的沿程水力摩擦系数 与边壁相对粗糙度和雷诺数Re都有关，即可以判断该液体流动属于 a、层流区； b、紊流光滑区； c、紊流过渡粗糙区； d、紊流粗糙区 答案：c （7）突然完全关闭管道末端的阀门，产生直接水击。已知水击波速c=1000m/s，水击压强水头H = 250m，则管道中原来的流速v0为 a、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d、3.22m 答案：c （8）在明渠中不可以发生的流动是（） a、恒定均匀流； b、恒定非均匀流； c、非恒定均匀流； d、非恒定非均匀流。 答案：c （9）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（）。 a、均匀缓流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。 答案：b （10）底宽b=1.5m的矩形明渠，通过的流量Q =1.5m3/s，已知渠中某处水深h = 0.4m，则该处水流的流态为 a、缓流； b、急流； c、临界流；
水质模型
河流水质模型及其发展趋势 摘要:水质模型是进行环境水污染控制、水质规划和环境管理的有效工具.运用系统分析技术进行水污染控制系统的规划是现代水质 管理的基础和依据, 水质模型对整个规划过程起着至关重要的作用。本文对河流水质模型的发展进行了简要介绍,比较详细的评述了河流水质模型及几个国际通用的综合水质模型. 同时本文还着重对河流水质模型的发展趋势做出评价,特别是提出了对河流水质模型与虚拟现实(VR) 技术结合这一应用前景. 关键词:河流水质模型；控制方程; 应用 河流水质模拟可以分为定性模拟和定量模拟两种,目前主要采用数学模型、物理模型与模拟模型3 种系统进行水质定量模拟。河流水质模型是对河道水体中污染物随空间和时间迁移转化规律的数学描述,其中涉及到许多物理、化学和生物过程,模型大都比较复杂. 近年来,对水质模型的研究已经从点源污染模型转向面源污染模型,从一般的水质模型转向综合水质模型,并将营养物、有毒化合物及底泥等作用纳入到模型中,逐渐向真实、定量化方向发展. 随着不确定性分析方法、人工神经网络、地理信息系统以及虚拟现实等方法技术的不断发展及与河流水质模型的进一步结合,将极大地促进河流水质模拟和水环境管理技术的先进性和现代化.水质模 型是污染物在水环境中变化规律及其影响因素之间相互关系的数学
描述, 它既是水环境科学研究的内容之一, 又是水环境研究的重要工具。它的研究涉及到水环境科学的许多基本理论问题和水污染控制的许多实际问题。它的发展在很大程度上取决于污染物在水环境中的迁移、转化和归宿研究的不断深入, 以及数学手段在水环境研究中应用程度的不断提高。水质模型在理论上从最初的质量平衡原理发展到现在的随机理论、灰色理论和模糊理论; 在实际应用上,从最初的城市排水工程设计发展到现在的污染物水环境过程模拟、水环境质量评价, 污染物水环境行为预测, 水生物污染暴露程度分析和水资源科学管理规划等水环境保护的各个方面; 在研究方法上, 从最初的解析解和浓度表达发展到现在的以人工神经网络模拟辅助解析、及与地理信息系统( GIS) 相结合的数值解和逸度表达法。这些成果都极大地推动了水环境管理技术的现代化。 1 水质模型 1 控制方程 经过70 多年的发展, 河流水质模型由20 世纪30 年代的仅能考虑2 个状态变量的Sterrter - Phelps 模型[1 ] , 到能描述O、N 和P 循环、能考虑近10 个状态变量的QUAL2E 模型[2 ] , 以及能考虑悬浮固体、一些藻类、浮游动物、无脊椎动物、植物和鱼类的生态系统模型[3 ] 。河流水质的变化取决于物理的迁移和交换过程, 以及化学、生物和生物化学转变过程, 这些过程由下面控制方程来描述[4 ] :9cω9t= - uω9cω9x- vω9cω9y- wω9cω9z+99x(εx9cω9x) +99y(εy9cω9y) +99z(εz9cω9z) + rω (cω , pω)
湖泊水库水质监测系统
随着社会的发展和人们对生活健康的关注，加上水资源的日益短缺和恶化，水质监测系统的运用备受关注。随着水质监测技术的逐步完善和成熟，水质监测技术已经成为环保管理部门对辖区水体水质、水体状况进行实时监测的主要手段。常规的实验室取样检测技术已经无法在第一时间获取水污染状况的准确信息。而且分析速度慢、操作复杂、稳定性差，特别是对附加药品一来使其存在二次污染。此外，随着水资源污染的日益加剧，水样的成分越来越复杂，而且检测的水质项目越来越多，从而对水质分析仪器的性能有了更高的要求。以往采用的水质监测方法已经远不能满足环保工作发展的需求。因此，发展水质在线监测系统势在必行。水质在线监测系统克服了常规水质分析仪器的缺点，使用无线数传设备（4G DTU）能够实时、连续、稳定、可靠得提供准备、快速的监测传输数据。 水质在线监测系统用于实时监测湖泊、水库、饮用水源地、地下水观测点等水质变化状况，系统融合了环境监测、集成和预警等技术，采用一体化、集成联动运行方式，加强了水质污染、异常事故的预防和污染排放的监管能力。同时，通过湖泊水质信息网络的建设，可分析区域内水质动态趋势，有效加强区域管理，为污染动态研究、湖泊富营养化预测、湖泊水库水污染治理提供科学依据，为水环境管理与决策提供科学有效的技术支撑。 系统构成 系统由监控中心、传输单元、智能站点、站房等组成，具备系统运行状态监控、视频监控、站房状态监控、远程控制、远程操作等功能。 根据客户需求的不同，可选择集成固定站、集装箱站、浮标站等形式。监测因子可涵盖常规五参数、叶绿素、蓝绿藻、氨氮、高锰酸盐指数、TOC、总磷、总氮、磷酸盐、硝酸盐
氮、亚硝酸盐氮、硅酸盐、重金属（Fe、Mn、Pb、Cd、Cr6+）、水位、流速、流量、流向、风速、风向、气温、气压、温度、光照度及雨量等。 方案特点 ?智能化站点控制，具备设备运行状况实时监控、远程监控、动态显示及数据管理功能；?采水方案、数据传输多样化，根据实际需求可选； ?准确、稳定可靠的分析技术，独特的高度定量设计； ?系统集成度高、故障率低，维护量小，有效数据率大大提高； ?扩展性强，并兼容市场主流的各家仪表； ?以第三方运营为保障手段，确保系统和设备的有效运行。
水力学考试试题与答案
1、选择题：（每小题2分） （1）在水力学中，单位质量力是指（） a、单位面积液体受到的质量力； b、单位体积液体受到的质量力； c、单位质量液体受到的质量力； d、单位重量液体受到的质量力。 答案：c （2）在平衡液体中，质量力与等压面（） a、重合； b、平行 c、相交； d、正交。 答案：d （3）液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为 a、1 kN/m2 b、2 kN/m2 c、5 kN/m2 d、10 kN/m2 答案：b （4）水力学中的一维流动是指（） a、恒定流动； b、均匀流动； c、层流运动； d、运动要素只与一个坐标有关的流动。 答案：d （5）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R=（） a、8； b、4； c、2； d、1。 答案：b （6）已知液体流动的沿程水力摩擦系数 与边壁相对粗糙度和雷诺数Re都有关，即可以判断该液体流动属于 a、层流区； b、紊流光滑区； c、紊流过渡粗糙区； d、紊流粗糙区 答案：c （7）突然完全关闭管道末端的阀门，产生直接水击。已知水击波速c=1000m/s，水击压强水头H = 250m，则管道中原来的流速v0为 a、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d、3.22m 答案：c （8）在明渠中不可以发生的流动是（） a、恒定均匀流； b、恒定非均匀流； c、非恒定均匀流； d、非恒定非均匀流。 答案：c （9）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（）。 a、均匀缓流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。 答案：b （10）底宽b=1.5m的矩形明渠，通过的流量Q =1.5m3/s，已知渠中某处水深h = 0.4m，则该处水流的流态为 a、缓流； b、急流； c、临界流； 答案：b
最全的城市洪涝、河道、水质模型模拟软件介绍
最全的城市洪涝、河道、水质模型模拟软件介绍
一、相关模型简介清单 序 号 名称模型介绍公司 1 MIKEURB AN 城市排水与防洪、分流制管网的入流或渗流、合流制管网 的溢流、受水影响、在线模型、管流监控等方面的城市排 水模拟系统 DHI丹华水利 2 MIKEF LOOD 从河流洪水到平原洪泛，从城市雨洪到污水管流，从海洋 风暴潮到堤坝决口，能够模拟所有实际的洪水问题 DHI丹华水利 3 InfoWor ksICM 实现了城市排水管网系统模型与河道模型的整合华霖富 4 SWMM 是一个动态的降水-径流模拟模型，主要用于模拟城市某一 单一降水事件或长期的水量和水质模拟。 EPA美国环境 保护署 5 XPSWMM 雨水、污水和河流系统动态模拟宜水环境 6 XP2D 集成的一维和二维动态水力模拟，更为精确地分析洪水淹 没模型 宜水环境 7 MIKEHYD RORiver 涉及洪水、航运、水质、预报、泥沙，含有漫堤分析和流 域水文学河流模拟软件 DHI丹华水利 8 ECOLab 水质和水生态模拟DHI丹华水利 9 MIKE21 模拟河口、海岸或海洋区域的物理、化学或生物学过程DHI丹华水利 10 InfoWor ksRS 用于水资源优化调度，防洪管理、规划，实时调度和决策 分析，水污染防治与评价，河网整治，冲淤分析的模拟 华霖富 11 WARMF 以水环境为中心的流域管理决策支持系统,用于水质管理、 总量负荷计算、分配及其成本／效益分析. 美国EPRI 12 QUAL2E 应用于河流水环境规划、水质评价、水质预测等方面的综 合性、多样化的河流水质模型 美国环境保护 局（USEPA） 13 MIKESHE 模拟陆相水循环中所有主要的水文过程，综合考虑了地下 水、地表水、补给以及蒸散发等水量交换过程。涉及湿地 管理修复，环境影响评价。 DHI丹华水利 14 BioWin 模拟污水处理厂的所有处理单元，即全污水处理厂的模型华霖富 15 WASP 是为分析池塘、湖泊、水库、河流、河口和沿海水域等一 系列水质问题而设计的动态多箱模型 美国国家环保 局 16 QUASAR 在河流水环境规划、治理的一维动态水质模型英国Whitehead 17 EFDC 能用于模拟点源和面源的污染、有机物迁移及归趋的模型美国弗吉尼亚州海洋研究所(VIMS)
水力学知识点讲解.
1 第一章 绪 论 (一)液体的主要物理性质 1．惯性与重力特性：掌握水的密度ρ和容重γ； 2．粘滞性：液体的粘滞性是液体在流动中产生能量损失的根本原因。 描述液体内部的粘滞力规律的是牛顿内摩擦 定律 : 注意牛顿内摩擦定律适用范围：1)牛顿流体， 2)层流运动 3．可压缩性：在研究水击时需要考虑。 4．表面张力特性：进行模型试验时需要考虑。 下面我们介绍水力学的两个基本假设： (二)连续介质和理想液体假设 1．连续介质：液体是由液体质点组成的连续体,可以用连续函数描述液体运动的物理量。 2．理想液体：忽略粘滞性的液体。 （三）作用在液体上的两类作用力 第二章 水静力学 水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容。通过静水压强和静水总压力的计算，我们可以求作用在建筑物上的静水荷载。 （一）静水压强： 主要掌握静水压强特性,等压面,水头的概念，以及静水压强的计算和不同表示方法。 1．静水压强的两个特性： （1）静水压强的方向垂直且指向受压面 （2）静水压强的大小仅与该点坐标有关，与受压面方向无关， 2.等压面与连通器原理：在只受重力作用,连通的同种液体内, 等压面是水平面。 (它是静水压强计算和测量的依据） 3．重力作用下静水压强基本公式（水静力学基本公式） p=p 0+γh 或 其中 ： z —位置水头， p/γ—压强水头 （z+p/γ）—测压管水头 请注意，“水头”表示单位重量液体含有的能量。 4．压强的三种表示方法：绝对压强p ′，相对压强p ， 真 空度p v , ↑ 它们之间的关系为：p= p ′-p a p v =│p │（当p ＜0时p v 存在）↑ 相对压强:p=γh,可以是正值，也可以是负值。要求 掌握绝对压强、相对压强和真空度三者的概念和它们之间的转换关系。 1pa(工程大气压)=98000N/m 2=98KN/m 2 下面我们讨论静水总压力的计算。计算静水总压力包括求力的大小、方向和作用点，受压面可以分为平面和曲面两类。根据平面的形状：对规则的矩形平面可采用图解法，任意形状的平面都可以用解析法进行计算。 （一）静水总压力的计算 1)平面壁静水总压力 （1）图解法：大小：P=Ωb, Ω--静水压强分布图面积 方向：垂直并指向受压平面 作用线：过压强分布图的形心，作用点位于对称轴上。 静水压强分布图是根据静水压强与水深成正比关系 绘制的，只要用比例线段分别画出平面上俩点的静水压强，把它们端点联系起来，就是静水压强分布图。 （2）解析法：大小：P=p c A, p c —形心处压强 方向：垂直并指向受压平面 作用点D ：通常作用点位于对称轴上，在平面的几何中心之下。 求作用在曲面上的静水总压力P ，是分别求它们的水平分力P x 和铅垂分力P z ，然后再合成总压力P 。 （3）曲面壁静水总压力 1）水平分力：P x =p c A x =γh c A x 水平分力就是曲面在铅垂面上投影平面的静水总压力，它等于该投影平面形心点的压强乘以投影面面积。要求能够绘制水平分力P x 的压强分布图，即曲面在铅垂面上投影平面的静水压强分布图。 2〕铅垂分力：P z =γV ,V---压力体体积。 在求铅垂分力P z 时,要绘制压力体剖面图。压力体是由自由液面或其延长面,受压曲面以及过曲面边缘的铅垂平面这三部分围成的体积。当压力体与受压面在曲面的同侧，那么铅垂分力的方向向下；当压力体与受压面在曲面的两侧，则铅垂分力的方向向上。 3〕合力方向：α=arctg 下面我们举例来说明作用在曲面上的压力体和静水总 压力。 例5图示容器左侧由宽度为b 的直立平面AB 和半径为R 的1/4圆弧曲面BC 组成。容器内装满水，试绘出AB 的 压强分布图和BC 曲面上的压力体剖面图及水平分力的压强分布图，并判别铅垂作用力的方向, 铅垂作用力大 小如何计算？ 解：(1)对AB 平面，压强分布如图所示。总压力P=1/2 γH 2b ； (2)对曲面BC ，水平分力的压强分布如图所示， c p z =+γ x z P P d y d u μ τ=
流域水文模型
课程：流域水文模型姓名：xxx 专业：水利工程 学号：xxxxxxxxxxxx
流域水文模型研究的若干进展 摘要: 计算机技术和一些交叉学科的发展, 给水文模拟的研究方法带来了根本性的变化。文章阐述了分布式物理水文模型、地理信息系统( GI S) 和遥感( RS) 技术在流域模拟中的应用等方面的进展。指出分布式模型具有良好的发展前景,应用GI S的水文模型尽管有诸多优点, 但并不能代表模型本身的高质量, 遥感资料还没有完全融入水文模型的结构中, 给直接应用带来较大的困难。提出立足于产汇流机理研究, 建立基于RS和GI S的耦 合水文模型是研究的趋势, 尺度问题仍然是关注的焦点。 1引言 用数学的方法去描述和模拟水文循环的过程,产生了水文模型的概念[1],水文模型的产生是对水文循环规律研究的必然结果。水文模型在水资源开发利用、防洪减灾、水库、道路、城市规划、面源污染评价、人类活动的流域响应等诸多方面得到了广泛的应用,当今的一些研究热点,如生态环境需水、水资源可再生性等均需要水文模型的支持。流域水文模型是在计算机技术和系统理论的发展中产生的,20世纪60、70年代是蓬勃发展的时期, 涌现出了大量的流域水文模型,Stanford流域模型(SWM)、Sacramento模型、Tank模型、Boughton模型、前期降水指标(API)模型、新安江模型等是这一时期的典型代表[2]。其后一段时期,相对处于缓慢的发展阶段。随着计算机技术和一些交叉学科的发展,流域水文模拟的研究方法也开始产生了根本性的变化。流域水文模型研究的突出趋势主要反映在计算机技术、空间技术、遥感技术等的应用方面,分布式物理模型被广泛提出,遥感(RS)、地理信息系统(GIS)在水文模拟中的应用给传统的研究方法带来了创新。但由于受到技术等原因的制约,分布式模型目前的应用还较困难,应用GIS的水文模型尽管有诸多优点,但并不能代表模型本身的高质量,遥感资料还没有完全融入水文模型的结构中。 2 分布式水文模型 流域水文模型根据不同的标准有多种分类[3],根据模型结构和参数的物理完善性,目前常用的可分为概念性模型和分布式物理模型。概念性模型用概化的方法表达流域的水文过程,具有一定的物理基础,也具有相当的经验性,模型结构简单,实用性强。分布式物理模型的优点是模型的参数具有明确的物理意义,可以通过连续方程和动力方程求解,可以更准确的描述水文过程,具有很强的适应性。与概念性模型相比,分布式水文模型用严格的数学物理方程表述水文循环的各子过程,参数和变量中充分考虑空间的变异性,并着重考虑不同单元间的水平联系,对水量和能量过程均采用偏微分方程模拟。因此,在模拟土地利用、土地覆盖、水土流失变化的水文响应及面源污染、陆面过程、气候变化影响评价等方面应用显出优势。参数一般不需要通过实测水文资料来率定,解决了参数间的不独立性和不确定性问题,便于在无实测水文资料的地区推广应用。自1969年Freeze和Harlan[4]第一次提出了关于分布式物理模型的概念,分布式模型开始得到快速发展。三个欧洲机构提出的SHE模型[5]是最早的分布式水文模型的代表。SHE模型考虑了截留、下渗、土壤蓄水量、蒸散发、地表径流、壤中流、地下径流、融雪径流等水文过程。流域参数、降雨及水文响应的空间分布垂直方向用层表示,水平方向用方形网格表示。该模型的主要水文过程可由质量、动量和能量守恒偏微分方程的有限差分表示,也可由经验方程表示。模型有18个参数,部分具有物理意义,可由流域特征确定。它的物理基础和计算的灵活性使它适用于多种资料条件,在欧洲和其它地区得到了应用和验证[6]。这期间还有一些考虑流域空间特性、输入、输出空间变化的分布式物理模型,如, CEQUEAU模型[7],将流域分为方形网格,输入所有网格的地形、地貌、雨量等特征,对每一个网格进行计算,在水质模拟、防洪、水库设计等诸多方面有适用性;Susa流域模型[8]
一维水量水质模型
第七章 一维非恒定河流和河网水量水质模型 对于中小型河流，通常其宽度及水深相对于长度数量较小，扩散质（污染物质、热量）很容易在垂向及横向上达到均匀混合，即扩散质浓度在断面上基本达到均匀状态。这种情况下，我们只需要知道扩散质在断面内的平均分配状况，就可以把握整个河道的扩散质空间分布特征，这是我们可以采用一维圣维南方程描述河流水动力特征或水量特征（水位、流量、槽蓄量等）；用一维纵向分散方程描述扩散质在时间及河流纵向上的变化状况。特别地，对于稳态水流，可以采用常规水动力学方法推算水位、断面平均流速的沿程变化；采用分段解析解法计算扩散质浓度沿纵向的变化特征。但是，在非稳态情况下（水流随时间变化或扩散质源强随时间变化）解析解法将无能为力（水流非恒定）或十分繁琐（水流稳态、源强非恒定），这时通常采用数值解法求解河道水量、水质的时间、空间分布。在模拟方法上，无论是单一河道还是由众多单一河道构成的河网，若采用空间一维手段求解，描述水流、水质空间分布规律的控制方程是相同的，只不过在具体求解方法上有所差异而已。 7.1 单一河道的控制方程 7.1.1 水量控制方程 采用一维圣维南方程组描述水流的运动，基本控制方程为： ????Q x B Z t q W += (1) 023/42 2=+-++R Q u n g x A u x Z gA x Q u t Q ???????? (2) 式中t 为时间坐标，x 为空间坐标，Q 为断面流量，Z 为断面平均水位，u 为断面 平均流速，n 为河段的糙率，A 为过流断面面积，B W 为水面宽度（包括主流宽度及仅起调蓄作用的附加宽度），R 为水力半径，q 为旁侧入流流量（单位河长上旁侧入流场）。此方程组属于二元一阶双曲型拟线性方程组，对于非恒定问题，现阶段尚无法直接求出其解析解，通常用有限差分法或其它数学离散方法求其数值解。在水流稳态、棱柱形河道条件下，上述控制方程组退化为水力学的谢才公式，可采用相应的方法求解水流特征。 7.1.2 扩散质输运控制方程 描述河道扩散物质运动及浓度变化规律的控制方程为：带源的一维对流分散（弥散）方程，形式如下： S S h A KAC x c AE x x QC t AC r x ++-??? ? ??=+????????)()( (3) 式中，C 为污染物质的断面平均浓度，Q 为流量，E x 为纵向分散系数，S 为单位时间内、单位河长上的污染物质排放量，K 为污染物降解系数，S r 为河床底泥释 放污染物的速率。
河流、湖泊、水库、湿地水环境容量计算模型
水环境容量计算模型 1）河流水环境容量模型 水环境容量是在水资源利用水域内，在给定的水质目标、设计流量和水质条件的情况下，水体所能容纳污染物的最大数量。按照污染物降解机理，水环境容量W 可划分为稀释容量W 稀释和自净容量W 自净两部分，即： W W W =+稀释自净 稀释容量是指在给定水域的来水污染物浓度低于出水水质目标时，依靠稀释作用达到水质目标所能承纳的污染物量。自净容量是指由于沉降、生化、吸附等物理、化学和生物作用，给定水域达到水质目标所能自净的污染物量。 河段污染物混合概化图如图。根据水环境容量定义，可以给出该河段水环境容量的计算公式： 图 完全混合型河段概化图 0()i si i i W Q C C =-稀释 i i si i W K V C =??自净 即：0()i i si i i i si W Q C C K V C =-+?? 考虑量纲时，上式整理成： 086.4()0.001i i si i i i si W Q C C K V C =-+?? 其中： 当上方河段水质目标要求低于本河段时：0i si C C = 当上方河段水质目标要求高于或等于本河段时：00i i C C =
式中：i W —第i 河段水环境容量（kg/d ）； i Q —第i 河段设计流量（m 3/s ）； i V —第i 河段设计水体体积（m 3）； i K —第i 河段污染物降解系数（d -1）； si C —第i 河段所在水功能区水质目标值（mg/L ）； 0i C —第i 河段上方河段所在水功能区水质背景值 （mg/L ）,取上游来水浓度。 若所研究水功能区被划分为n 个河段，则该水功能区的水环境容量是n 个河段水环境容量的叠加，即： 1n i i W W ==∑ 01131.536()0.000365n n i si i i i i i i W Q C C K V C ===-+??∑∑ 式中：W —水功能区水环境容量（t/a ）； 其他符合意义和量纲同上。 2）湖泊、水库水环境容量计算模型 有机物COD 、氨氮的水环境容量模型： 在目前国内外的研究中，多采用完全均匀混合箱体水质模型来预测水库水体长期的动态变化，即将水库视为一个完全混合反应器时，有机物的容量计算模型可以用水体质量平衡基本方程计算。水库中有机物容量模型如下： C t kV S t C t Q t C t Q dt dc c out in in )()()()()(V(t)++?-?= 假设条件：水量为稳态，出流水质混合均匀。 式中：V(t)——箱体在t 时刻的水量，m 3； dt dc ——箱体水质参数COD 、氨氮的变化率； )(t Q in ——t 时刻水库的入流水量，m 3/a ； )(t Q out ——t 时刻水库的出流水量，m 3/a ；
三峡水库水质模型
三峡水库的水质模型 随着大型水利水电工程的建设,人类能够对水资源进行更加有效的管理和充分的利用,取得了巨大的防洪、发电、航运等效益。但是工程建成后,不可避免的带来了一些生态环境问题随着时间的发展,在水库的调度过程中将生态因子作为水库调度的重要目标之一。同时由于流体运动的复杂性,传统的物理模型试验己很难满足研究的需要,数值模拟成为研究流体力学方便和强有力的手段。三峡水库建成后,非汛期,三峡水库蓄水至175m,电站采取调峰运行模式。由于库水位提高和调峰运行,改变了天然河道的流态,引起水库各种环境问题。另一方面来讲，近年来随着计算机网络和信息技术的发展,环境信息系统的各方面性能取得了很大进步,其中数据传输、资料查询、统计分析等功能都有了明显提高。与此同时,人们研究了各种环境模型,针对当前的不同环境问题进行了深入的分析和预测,并取得了显著的成果。所以，使用信息技术与环境模型的方法，来解决三峡水库的各种环境问题也是一个较好的选择。利用水质模型的知识，对于三峡水库进行一个大致研究。 经过调查可知，三峡水库与一般的湖泊有着显著区别。首先,其流速分布不均,干流流速与支流流速,干流中心的流速与岸边流速,一般情况下的流速与弯道、回流沱之间的流速之间都有很大差别;其次,流场不同位置间存在巨大的水深差异;另外,不同季节的气温对藻类生长影响也有很大差别。在对水库的水质模型进行建立的时候,应根据上述建立的水深、流速、温度以及营养盐与富营养化的初步映射关系,在GIS系统的支持下,建立整个水库干流、支流的水体总体富营养化程度的实时监测体系，来相应更好的建立模型。由于三峡水库水环境管理信息系统针对库区区域水环境问题涉及因素多、信息量大,变化复杂等特点,采用GIS和数据库技术,实现了水库水污染资料的管理和相关数据的统计、查询。另外,三峡水库蓄水后,库区江段水位抬高,水面变宽,流速减小,水库的污染状况将发生新的变化。为了预测水库水质的变化,提前作出预警预报,可以选择建立了多个水流水质模型,对水库的水流水质状况进行模拟，然后在三峡水库水环境管理信息系统中集成某些合适的水质模型,提高系统的水质预测能力,对于三峡水库的水质管理和污染事故的预警预报,防治水库水质进一步恶化,具有重要的实用价值。 总体来说,三峡水库蓄水后可能面临的主要水污染问题是近岸水体质量的恶化以及可能出现的库首水体温度分层和意外水污染事故。所以在此我们设想并大致计算了5个不同的水质模型,实现它们与三峡水库水环境管理信息系统的有效连接,用于预测和分析三峡水库各种的水污染问题。下面分别对这些模型的功能和应用范围进行简单介绍: (1)库区一维模型。三峡水库是一个河道型水库,具有典型的河道特性。采用一维水质模型模拟600多km整个库区水流及污染物的输移扩散,便于人们把握三峡水库的水质整体状况,制定水库水污染控制的整体规划。另外,一维水质模型还可以为二维、三维水质模型提供必要的边界条件。 (2)岸边二维模型。三峡水库当前的污染主要表现为岸边污水排放,在一维水质模拟的基础上,采用深度平均的二维水质模型计算岸边排放的污水口附近的水流及污染分布,有利于人们预测三峡水库的岸边污染情况和发展趋势,及时地提出相应控制措施。 (3)(分层三维模型。三峡水库正常蓄水位达175 m,很大水域的水深将超过100 m,深度平均二维模型难以正确反映污染物浓度的垂向分布,采用分层三维水质模型,可以大大提高水深较大区域岸边污染混合区范围的预测精度。 (4)垂向水温模型。根据经验判断,三峡水库蓄水后将成为弱分层水库,可能在夏季出现水温分层,水库分层对水库水质以及下游生态的影响很大。垂向水温模型将用来预测水库水温分层结构和下泄水温过程。 (5)污染事故预警模型。污染事故预警模型采用简单的解析解,实现对三峡水库库首污染事故的快速预警预报,以便采取紧急的必要措施,防止污染事故的进一步扩散。而污染事故的精确
关于水力学的发展史
关于水力学的发展史 我到各国旅行的目的之一是为了了解那里人们的历史。几年以前在一次有十多个国家的代表的国际会议上，我讲了水力学历史。他们都了解自己国家这方面的发展史。我希望这种交往能继续。林博士说你们出版了一本“中国水利史”。我希望在座的有人把它翻译成英文或其他文字。 今天我要讲的第一个人是著名的希腊人。亚里士多德（公元前384—322）。他比阿基米德（公元前287—212）早。对后人的影响了大。博学，是个百科全书式的人物。他把存在的一切都写了下来。那时代（公元前四世纪）人们对事物不试验。不分析，而是猜测。亚里士多德书中所谈，按现在的观点都是不对的。后来有人说他使历史至少倒退了一千年。甚至2千年。那时，希腊人认为物质由四种元素组成：土、水、空气和火。这里的“元素”不是现代概念的元素。后来又加了第五种：以太。他们认为没有真空。这个真空必有某种东西填入其中。这一概念是由亚里士多德时代传下来的，并延续很久。亚里士多德解释物体在空中飞行是说，冲进物体后面的空间的空气推动物体前进。人们都相信他。他还谈到科学不是静止的，必须前进，这一观点很有道理，至今还影响我们。他死了很长时间后人们开始崇拜他，把他的话固定化。大约有一千多年。在公元后一、二百时，曾有一人说亚不对，两块石头相擦而过，它们后面的空气往两个相反方向推动各自的石头，那就乱套了。他说石头能在空气中飞行，是因为离手时得到了一个推动力，但他的学说没有被接受。大家说，推动力是看不到的。 黑暗时代（指中世纪，公元600年至1500年——记录者注），没有什么科学的发展，反而后退了。只有风车、水车等。那时代，阿拉伯人把希腊文著作译成阿拉伯文。公元一千多年后又从阿拉伯传入欧洲。经院哲学家认为自己受到良好教育，他们宗教信仰坚定。喜欢亚里士多德的一些书，奇妙地把亚的学说宗教化。他们建立了第一所大学。部分学者开始试着分析事物，如自由落体、重力等等。 第一个开始考察事物的人是达·芬奇（1452—1519）意大利人，是博学的人。他是杰出的画家、解剖学家。他的画今天价值几百万美元；他是工程师，制造了许多东西：船闸上的人家门，降落伞，他第一个建立了边续性定律，
水力学第四章
第四章 思考题: 4-1：N-S 方程的物理意义是什么？适用条件是什么？ 物理意义：N-S 方程的精确解虽然不多，但能揭示实际液体流动的本质特征，同时也作为检验和校核其他近似方程的依据，探讨复杂问题和新的理论问题的参考点和出发点。 适用条件：不可压缩均质实际液体流动。 4-2 何为有势流?有势流与有旋流有何区别? 答:从静止开始的理想液体的运动是有势流. 有势流无自身旋转,不存在使其运动的力矩. 4—3 有势流的特点是什么？研究平面势流有何意义？ 有势流是无旋流，旋转角速度为零。研究平面势流可以简化水力学模型，使问题变得简单且于实际问题相符，通过研究平面势流可以为我们分析复杂的水力学问题。 4-4.流速势函数存在的充分必要条件是流动无旋，即x u y u y x ??=??时存在势函数，存 在势函数时无旋。流函数存在的充分必要条件是平面不可压缩液体的连续性 方程，即就是0 =??+??y u x u y x 存在流函数。 4—5何为流网，其特征是什么？绘制流网的原理是什么 ？ 流网：等势线（流速势函数的等值线）和流线（流函数的等值线）相互正交所形成的网格 流网特征：（1）流网是正交网格 （2）流网中的每一网格边长之比，等于流速势函数与流函数增值之比。 （3）流网中的每个网格均为曲线正方形 原理:自由表面是一条流线，而等势线垂直于流线。根据入流断面何处流断面的已知条件来确定断面上 流线的位置。 4-6.利用流网可以进行哪些水力计算?如何计算？ 解:可以计算速度和压强。计算如下：流场中任意相邻之间的单宽流量?q 是一常数。在流场中任取1、2两点，设流速为，，两端面处流线间距为?m1， ? 。 则?q=?m1= ? ，在流网中，各点处网格的?m 值可以直接量出来，
数字流域模型
1.静态模型与动态模型的区别 数字流域模型用于模拟与时空要素相关的流域水文气象，如地下水流、砂砾石含水层、降雨、蒸发、壤中流、河道流、坡面流等。 （1）静态模型 在对流域进行静态建模时，通常按地面分水线与地下分水线是否重合将流域分为闭合流域和非闭合流域。在静态模型中，流域按照河流盆地、流域、子流域、集水区进行分级，其空间构成要素有流域地形DEM、流域范围、集水区单元、坡面、河道、土地利用与覆盖。其中、水系和流域面是静态模型的重要组成部分。水系由出口、源、节点、链构成，通过采用霍顿分级法、斯特拉勒分级法对河段进行分级和编码，进而建立节点与河段的拓扑关系和基数；流域的地貌特征包括流域面积、流域长度和宽度、流域形状、河网密度和河道维持常数、河流频度和链频度、面积—河长曲线、高程曲线、流域坡度。 （2）动态模型 流域动态模型通常分为环境过程模型和水资源调度模型。常见的环境过程模型有气候与降水模型、水力模型、水文模型、水质模型、侵蚀与沉积模型、陆面过程模型、生态系统模型；水资源调度模型有水资源管理模型、洪水调度模型、发电调度模型、灌溉调度模型、生态调度模型。气候模型采用大气环流模式GCM，对三维气候模型GCM来说，其气候物理系统应遵循动量守恒、质量守恒、能量守恒、湿度守恒、状态方程；降水预报模型采用MM5模式和WRF，通过反距离权重插值方法、站点平均估计、泰森多边形最近邻域插值、空间统计插值，模拟站点降水到面降水的过程；水文模型通常包括系统模型、分布式物理模型、概念集总式水文模型、随机模型、地表水文模型、地下水模型；水力模型通过应用一维水力方程、二维圣维南方程并基于GIS进行洪水制图；侵蚀与沉积模型用于模拟雨滴侵蚀、片流侵蚀、细沟侵蚀、冲沟侵蚀、河道侵蚀；水环境模型包括流域概化模型、水质模型、非点源污染模型；陆面过程模型能够模拟影响气候变化的发生在陆地表面的土壤中控制陆地与大气之间动量、热量及水分交换过程。 （3）静态模型与动态模型的区别 静态模型可以对流域形态进行逼真地模拟，系统消耗少，只能模拟流域静态状况，无流态水位等动态效果。适合于只表现流域形态的情况，需要提供地形高程数据，高精影像数据或河道矢量数据，对计算机硬件要求低。 动态模型具有动态水位表现与水流流动动态可视效果，可较好模拟局部水面波动，与水流数值模拟相结合可表现水流的多种物理状态，但建模工作量大，模拟范围和精度有限，需数学模型计算，则计算量很大。适合随机的水位波动模拟或有数值模拟计算的科学可视化模拟；适用于局部模拟，需要提供精度较高的河道地形数据，河道沿程水位数据，网格坐标，对计算机硬件要求高。 参考文献 [1]环境研究.湖及其流域水中铯迁移动态模型[J].国外环境科学技术,1992(4). [2]徐慧,欣金彪,徐时进.淮河流域大型水库联合优化调度的动态规划模型解[J].水文,2000(20)1. [3]周惠成,陈守煌.流域汇流的模糊系数非线性微分动态模型[J].水利学报,1995(5). [4]张尚弘,赵刚.数字流域仿真系统中水流模拟技术[J].系统仿真学报,2008(20)10. [5]吴菲,张杰华,董长虹.万家沟小流域综合治理生态经济优化模型[J].水土保持应用技术,2010(5). [6]李抗彬.新疆下坂地水库冰雪融水径流预报模型研究[D].西安理工大学,2007.
环境工程前沿讲座总结
前沿讲座总结 一．前沿讲座概述 本学期的前沿讲座包括流域水质模型浅谈、低温等离子体在水处理中的应用、光催化技术原理及其在环境工程中的应用和膜科学技术前沿进展。学院通过开设环境工程系列学科前沿讲座，介绍环境工程专业相关的前沿发展动态和热点技术。一方面，帮助我们了解相关领域的专业前沿知识；另一方面也让我们在课内知识学习之余了解相关领域的发展现状以及存在的问题。这极大的开拓了我们的视野，为我们的专业课程学习提供相关的资料，培养我们的专业素养，激发专业学习的兴趣。 ．前沿讲座内容 1. 流域水质模型浅谈 流域水质模型浅谈主要包括DHI和MIKE系统、流域水环境问题、水质模型和水环境模拟四方面内容。 DHI的软件产品和咨询服务涵盖整个水文循环的过程，主要服务领域如下：城市水和工业（市政供排水、污水处理技术、环境风险评价、健康和安全风险评估和城市水软件）；水资源（河流和洪水管道、水文、土壤和废物、水资源管理和水资源软件）；河口和海岸（港口和海洋技术、海岸河口动力学、生态和环境、海洋软件）； DHI软件:FeFlow、MIKE SHE水处理模拟软件WES，管网建模软件MIKE URBAN河流海洋一维、二维模拟软件MIKE11、MIKE 21，水资源管理软件等。 流域水环境问题：在水的供求关系紧张与水污染的双重压力下，水环境问题日趋严重主要体现在水体污染、湖泊面积的萎缩和数量的减少、水土流失面广量大、地表水的短缺导致对地下水的超量开采。总的来说，水环境方面目前还存在的许多问题待研究解决。 水质模型：描述污染物在水体中运动变化规律及其影响因素相互关系的数学表达式和计算方法。包括一维（中小河流）、二维（宽线型江河湖库、河口）和三维（排污口附近、深水湖库） 水环境模拟：治理规划流域水，深滩河项目。MIKE技术构建降雨径流，水 动力学污染物扩散等模型，应急突发事故的模型包括一维水文模型和水动力模型，流域水质模型与模拟的分类与发展、水质模型与模拟的一般方法步骤、污染物迁移转化的规律、
水力学模拟试题及答案(一)
水力学模拟试题及答案（一） 1、选择题：（每小题2分） （1）在水力学中，单位质量力是指（ C ） a、单位面积液体受到的质量力； b、单位体积液体受到的质量力； c、单位质量液体受到的质量力； d、单位重量液体受到的质量力 （2）在平衡液体中，质量力与等压面（） a、重合； b、平行 c、相交； d、正交。 答案：d （3）液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为 a、1 kN/m2 b、2 kN/m2 c、5 kN/m2 d、10 kN/m2 答案：b （4）水力学中的一维流动是指（） a、恒定流动； b、均匀流动； c、层流运动； d、运动要素只与一个坐标有关的流动。 答案：d （5）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R=（） a、8； b、4； c、2； d、1。 答案：b （6）已知液体流动的沿程水力摩擦系数 与边壁相对粗糙度和雷诺数Re都有关，即可以判断该液体流动属于 a、层流区； b、紊流光滑区； c、紊流过渡粗糙区； d、紊流粗糙区 答案：c （7）突然完全关闭管道末端的阀门，产生直接水击。已知水击波速c=1000m/s，水击压强水头H = 250m，则管道中原来的流速v0为 a、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d、3.22m 答案：c （8）在明渠中不可以发生的流动是（） a、恒定均匀流； b、恒定非均匀流； c、非恒定均匀流； d、非恒定非均匀流。 答案：c （9）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（）。 a、均匀缓流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。 答案：b （10）底宽b=1.5m的矩形明渠，通过的流量Q =1.5m3/s，已知渠中某处水深h = 0.4m，则该处水流的流态为 a、缓流； b、急流； c、临界流； 答案：b