疏浚污染物溢流扩散特性数值模拟开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1背景及国内外研究现状

1.1.1疏浚工程相关背景

疏浚工程是按规定范围和深度挖掘航道或港口水域的水底泥、沙、石等并加以处理的工程。疏浚工程是开发、改善和维护航道、港口水域的主要手段之一。中国传说中的部落领袖夏禹,据后人载,约在公元前22世纪末从事治水,疏通入海河道。元前5世纪中国开挖的邗沟,是现在北京至杭州的大运的一段。公元前6世纪埃及人开挖了第一条沟通尼罗和红海的运河。

我国的疏浚工程与国外疏浚工程司有着较大的差距,主要表现在起步较晚,投入不足,疏浚技术水平一直得不到快速提高,疏浚市场也多限于国内。而国外的疏浚业经过长时间的发展,其技术水平已进入了一个较高的领域。加入世贸组织后,在世界疏浚市场的竞争中,因技术水平比较低,致使我国疏浚业在国际市场上竞争力较弱。

在世界河道疏浚发展史上,美国和荷兰一直走在世界的前头,19世纪30年代,美国就开始了对密西西比河的治理,并采取双侧筑导堤,导堤间筑丁坝等措施来约束水流、增加流速,经再次疏浚后效果良好,保持了所需的航道水深。19世纪60年代荷兰政府开始对鹿特丹港新水道进行治理,采取一方面筑丁坝,一方面疏浚新水道与河口浅滩,整治工程与疏浚相结合,才将新水道建设成功,顺利通航。法国的塞纳河口治理、加拿大的圣劳伦斯河口治理,借鉴了美、荷等国的经验,采取筑堤坝与疏浚相结合的航道整治方法,都获得了成功。

所以现在研究疏浚过程中的污染物溢流扩散模拟对我们国家疏浚工程方面具有较大意义,以便为疏浚过程提供相对可靠的分析材料。

新建港口码头有时会因为水深不足而需要进行港池或者航道的疏浚,而疏浚过程中产生的悬浮泥沙一部分在受重力、波浪、潮流、风吹流等作用下扩散输移,从而对环境造成不良影响。研究表明,海水中悬浮泥沙浓度对浮游植物的生长有明显抑制作用,悬浮物浓度的增加将减少光照强度,影响浮游植物的光合作用而导致初级生产力下降,浮游动物虽可以避免,但由于其以摄取浮游植物为食,也必将受到一定的影响。因此对疏浚过程中悬浮泥沙扩散输移的研究具有重要的工程意义和环境意义[1]

1.1.2国内外研究现状

为根据航道底泥的粒径、浓度、扰动等特点,科学合理的选择航道疏浚方法,最大限度地保证水环境系统提供参考[2]。 现在我国对于疏浚污染物溢流扩散的研究主要以一些主要的河流躯干做实验,并利用一些电脑软件进行数值模拟。为了了解疏浚悬浮物扩散特性,在分析的过程中,二维模型显然比三维模型更加简单方便,易于构建和操作,于是在这种快速高效的思想下,有的学者运用建立二维潮流、悬浮物输移扩散模型进行研究[3] ;有的学者利用交替方向隐格式(ADI法),对工程海域潮流场进行了数值模拟 , 进而建立了工程海域疏浚悬浮物的二维输运扩散模型[4],也有学者将三维模型进行了简化,从而构建出简化后的二维模型,如殷齐麟学者对芝罘湾航道疏浚工程悬沙扩散预测分析采用了基于深度平均地合理地简化的二维水动力泥沙耦合模型[5]。当然,也有学者对于疏浚污染物的扩散模型进行了三维模拟,如雷晓玲学者就利用 FLUENT 软件建立三维输移扩散模型的基础上,针对不同疏浚期,构建了汛期疏浚、旱期疏浚两种施工方案下的三维数学模型[6]

由于疏浚的数值模拟是为了疏浚工程上的运用,所以在一些江、河、湖的疏浚作业过程前后,我国学者也相应的进行了大量的实验。其中二维潮流输移扩散模拟较为广泛和简单,如对于湄洲湾峰尾围垦工程[7]、套子湾围垦工程施工工程[8]、长江航道疏浚工程[9]

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