基于FVM的水動力水質(zhì)模擬研究.pdf

1、湖泊是我國最重要的淡水資源之一。隨著工業(yè)化的發(fā)展,水環(huán)境污染問題日益突出,尤其是湖泊的污染日益加重,嚴(yán)重影響了人們的健康生活,制約社會經(jīng)濟的發(fā)展,對湖泊污染問題的研究已迫在眉睫,特別是對湖泊污染物遷移擴散進行研究,可以掌握污染物分布及變化規(guī)律,為水環(huán)境容量計算、水質(zhì)改善與水網(wǎng)調(diào)度等提供理論基礎(chǔ)。在對湖泊水動力水質(zhì)數(shù)值模型進行求解的方法中,傳統(tǒng)的離散方法如有限差分法、有限元法在水環(huán)境模擬方面取得了巨大的成功,但在廣泛應(yīng)用的同時,也暴露出很

2、多問題,采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的FVM(Finite Volume Method,有限體積法)求解淺水模型時,具有較好的守恒特性,成為求解水環(huán)境模型的重要途徑。本文對基于FVM的水動力水質(zhì)模型進行了系統(tǒng)的研究。首先介紹了水環(huán)境數(shù)學(xué)模型國內(nèi)外研究概況及數(shù)值模擬方法,然后對FVM的基本原理和關(guān)鍵技術(shù)進行了闡述,同時針對淺水模型中已有解法格式對復(fù)雜源項兼容性不強、邊界處理能力差和通量不守恒等缺點,改進算法來提高模型處理任意地形和邊界的能力,改進點主要

3、包括:利用高階重構(gòu)與TVD限制器抑制非物理性虛假振蕩、通過設(shè)置水深閾值和非負重構(gòu)來克服計算值的不合理變化以及在識別干濕單元的基礎(chǔ)上進行通量修正,并應(yīng)用HLLC格式黎曼求解器計算界面通量,使求解域在空間、時間尺度上達到二階精度。在工程應(yīng)用中結(jié)合喻家湖的水環(huán)境特點,根據(jù)其水下地形構(gòu)建DEM模型,在此基礎(chǔ)上建立喻家湖二維水動力水質(zhì)模型,通過實測水文數(shù)據(jù)對模型進行率定和驗證,然后對喻家湖水質(zhì)進行模擬,分析其變化規(guī)律,為喻家湖環(huán)境治理提供科學(xué)支持