斧头湖流域治理工程水动力模拟与分析.pdf
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1、 年 月水运工程 第 期 总第 期 斧头湖流域治理工程水动力模拟与分析赵津京 王天祥(中交(天津)生态环保设计研究院有限公司 天津)摘要:流域综合治理对于湿地水环境改善、生态恢复具有重要意义 水动力数值模拟是预测修复效果的重要手段 基于斧头湖湖泊形态、水文条件、地形地貌特征与流域治理工程方案 通过 建立湖泊流场并进行水动力模拟 对比分析圩垸拆除前后水动力特性及变化情况 预估圩垸拆除对湖泊流场产生的影响 验证工艺流程的合理性 并为全湖水质变化分析提供借鉴 数值模拟方法在流域治理与生态修复工程中的有效应用 可从整体上优化湖泊生态恢复方案关键词:环境工程 流域治理 数值模拟 中图分类号:文献标志码:
2、文章编号:().收稿日期:作者简介:赵津京()女 高级工程师 从事水运、水利、水环境类数值模拟等科研技术工作 工程概况斧头湖流域治理工程项目即斧头湖生态保护带建设项目 位于湖北省咸宁市 南起斧头湖东湖排水闸南侧 北达大堰湖排水闸 沿斧头湖堤迎水侧建设保护带 斧头湖岸线全长约 湿地纵深 主要建设内容包含退垸工程、生态保护带工程 退垸工程主要为生态保护带内圩垸拆除、鱼塘土方开挖 其中生态保护带内圩垸贯通整治面积 万 共清除圩垸 挖方量总计 万 生态保护带工程包括生态基底构建及植被恢复工程 构建生态湿地总面积 万 工程平面布置见图 图 项目位置及范围 第 期赵津京 等:斧头湖流域治理工程水动力模拟与
3、分析通过拆除斧头湖畔现有圩垸 利用工程区现有土方 构建生态保护带湿地基底 结合植物种植工程 恢复斧头湖西岸植物群落 构建斧头湖西岸湖滨缓冲带 从而提升入湖水质、增强湖泊蓄洪能力、恢复斧头湖西岸生态系统 水动力模型搭建.搭建目的与意义流域治理工程中的工艺流程为:施工准备清表排水圩垸拆除土方运输湿地基底构建湖堤加宽 其中的关键步骤是湖面圩垸拆除圩垸是沿江、滨湖低地四周建立的较为低矮的围埝 围护水域将农田与外水隔开 通过灌排渠系及操纵堤上的水闸以调节内水和外水的进出 该项目生态恢复方案中拟清除圩垸全长超过 势必对湖泊局部乃至全湖水动力环境产生一定影响 研判圩垸拆除引起的局部水动力变化情况与后续产生的
4、各类生态环境影响尤为重要.搭建途径与求解方法 软件已广泛应用于模拟河流、湖泊、河口、海湾、海岸及海洋的水流、波浪、泥沙及水环境 本项目应用 软件进行水动力模型搭建 采用浅水控制方程、湍流方程与水平涡黏模型结合的算法 依据现场的地形数据、水文资料及圩垸拆除方案 分别模拟拆除前后影响范围内的局部水动力分布情况 分析圩垸对局部流场的影响 模拟斧头湖湿地拆除圩垸前后湖泊局部水流变化情况 研判拆除施工对后续生态修复工艺产生的影响 进而分析工后水质环境等变化情况 以达到优化设计方案、保障生态修复效果的目的 .控制方程 模型建立在基于 和流体静压假定的三维不可压雷诺平均 方程的解决方案的基础之上 连续方程:
5、()()()()式中:为时间、和z为笛卡尔坐标系中各方向水平动量 为总水深 其中 为水面高度 为静水深、和 为、和z方向上的速度分量 为点源流量.湍流模型湍流建模采用大涡模拟方法中的 亚网格尺度模型 该模型用一个与特征长度尺度相关的有效涡黏值来描述亚网格尺度输移 亚网格尺度涡黏值 由下式计算:()式中:为定值 为特征长度 形变率 由下式计算:()()湍流建模采用涡黏理论 涡黏在垂向和水平方向上分开考虑 垂向涡黏在 模型中 涡黏值由湍流参数 和 得到:()式中:为单位质量的湍动能()为湍动耗散率 为经验常数.水平涡黏模型在多数情况下 水平涡黏可取定值 相应地 提出用一个与特征长度尺度相关的有效涡
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