第一部分-环境与生态水力学 - IAHR中国分会

第 一 部 分 环 境 与 生 态 水 力 学
(
mHv)
(
m y Huv)
(
m
m
x Hvv)
(
mwv)
y
+ + + + ( mf + v
t x y z
x
(
gz
+ p)
h H p 1
= -mx
H - mx
( - z ) + ( m Av
y y y z z H
v
) + Q
z
mx
- u ) Hu
y
(3)
(3) 状 态 方 程
(
r = 999.843 + 6.794´ 10 * T - 9.095´ 10 * T + 1.002´ 10 * T
-2 -3 2 -4 3
- 1.120´ 10 * T + 6.536´ 10 * T
-6 4 -9 5
)
v
(4)
(4) 浓 度 输 运 方 程
(
mHF)
(
my
HuF)
(
mxHvF)
(
mwF)
+ + +
t x y z
=
z
1
( m
H
A
b
F
) + Q
z
F
(5)
式 中 :u 和 v 是 曲 线 正 交 坐 标 系 下 x 和 y 方 向 的 流 速 分 量 (m/s); m 、 m 、m 是 Jacobian
曲 线 正 交 坐 标 转 换 系 数 , m = m m x y
。 Q
H
代 表 降 雨 、 蒸 发 、 地 下 水 相 互 作 用 、 取 水 或 点 源
和 非 点 源 入 流 (m/s); p 为 相 对 静 水 压 力 gH ( 1- z)
r (kg•m/s 2 ); f 为 柯 氏 力 参 量 (s -1 );
0
x
y
A 为 垂 向 紊 流 黏 滞 系 数 (m 2 /s); Q 和 Q 为 动 量 源 汇 项 (m 2 /s 2 ); 密 度 r 由 温 度 T 的 状 态
v
u
v
方 程 确 定 (kg/m 3 ); 浓 度 输 运 方 程 (5) 中
F 为 某 种 水 质 组 分 浓 度 (mg/L)。
2.2 求 解 方 法
A
b
为 垂 向 紊 动 扩 散 系 数 (m 2 /s); Q F
为 源 汇 项 (g/m 2 s);
对 上 述 方 程 在 交 错 网 格 上 进 行 离 散 的 数 值 方 法 , 应 用 内 - 外 模 式 分 离 法 求 解 动 量 方 程 和
连 续 性 方 程 , 外 模 式 应 用 半 隐 式 三 层 时 间 格 式 求 解 , 用 周 期 性 的 两 层 时 间 格 式 修 正 , 求 得 自
由 表 面 水 位 , 应 用 连 续 超 松 弛 格 式 迭 代 求 解 垂 向 平 均 流 速 ; 内 模 式 则 联 合 水 平 流 速 分 量 和 垂
向 剪 力 项 , 应 用 分 步 格 式 求 解 , 隐 式 求 解 垂 向 剪 力 项 , 显 式 求 解 其 他 项 。 垂 向 紊 动 黏 滞 系 数
和 扩 散 系 数 通 过 求 解 紊 动 能 量 和 紊 动 尺 度 的 紊 动 方 程 确 定 , 紊 动 能 量 、 紊 动 尺 度 、 水 质 组 分
浓 度 输 运 方 程 求 解 应 用 分 步 法 , 隐 式 求 解 垂 向 扩 散 , 显 式 求 解 对 流 和 扩 散 。
3 于 桥 水 库 三 维 水 质 模 型 的 建 立
3.1 模 型 网 格 划 分
于 桥 水 库 为 宽 浅 型 带 状 水 库 , 上 游 淋 河 、 沙 河 和 黎 河 汇 入 库 区 , 下 游 由 出 库 口 向 天 津 供
水 ; 水 库 库 区 中 间 的 州 河 河 道 清 晰 可 见 ; 整 个 水 库 地 形 呈 现 出 东 高 西 低 的 大 致 走 向 , 坝 前 区
域 为 深 水 区 , 如 图 1 所 示 。
于 桥 水 库 水 质 模 型 计 算 域 : 东 西 向 为 水 库 上 游 自 入 库 河 口 、 下 游 至 水 库 大 坝 , 长 约 19km;
南 北 向 至 水 库 边 界 , 长 约 10km; 模 拟 水 域 面 积 约 91.3km 2 。 为 达 到 较 高 的 模 拟 精 度 , 模 型 计
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