长江南京江心洲河段水污染扩散仿真模拟与可视化

【摘要】：突发性水污染事故在短时间内大量排放污染物,演变迅速,处理困难,破坏性极强,严重威胁着人民的身体健康和生命安全。特别是近年来,突发水污染事件频繁发生,屡见不鲜。因此,研究污染物运移扩散区域预测及其浓度时空分布规律反演,为水污染事件治理提供决策依据,已经刻不容缓。长江南京江心洲河段位于长江南京段上游,沿岸工厂废水、居民区生活污水及众多污染河流的汇入、交错的排污口都严重危及到饮用水源的安全。同时,该段的夹江水源地作为当地重要供水来源,一旦发生水污染事件,势必会对当地居民的正常生活、生产秩序造成严重影响。因此,研究该区域突发性水污染事故的模拟、预测与可视化,具有现实性和紧迫性。本文以长江南京江心洲河段为研究区域,基于数值建模模拟、模型与GIS集成技术以及仿真模拟技术直观演绎水体污染物的输移扩散过程,研究内容与成果如下：(1)可视化概念建模。根据长江南京江心洲河段的自然概况,基于可视化概念建模原理,从实体层、空间关系层、场景层出发,构建了该地的概念场景,对该地的地理环境进行抽象和简化,为数值模型的模拟提供基础。(2)基于可溶性与非可溶性污染物结合的数值模拟。在研究水流运动物理过程与水环境特征的基础上,考虑风、水流等动力要素的影响,基于水动力模型计算模拟了河段水流运动规律；基于水质模型实现了可溶性污染物运移扩散的预测；基于质点追踪模型与随机扰动模型刻画了不可溶性污染物(如船只溢油)的漂移轨迹。(3)水污染扩散的可视化表达。通过流域水体污染物扩散模拟可视化表达技术,对不同工况条件进行污染物浓度的建模模拟,快速实现污染物运移扩散区域预测及其浓度时空分布规律反演,为准确预测水污染过程,为长江南京江心洲河段突发水污染事故调度决策提供重要参考。(4)长江南京江心洲河段水污染扩散仿真模拟系统的搭建。结合模拟预测的需求,设计并开发了长江南京江心洲河段水污染扩散仿真模拟系统,实现了突发水污染事件污染物输移扩散的模拟、预测及可视化表达。 【关键词】：长江南京江心洲河段 突发性水污染 可溶性/非可溶性污染物 随机扰动 仿真模拟
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X522
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 选题背景与研究意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-17
• 1.2.1 概念建模与模型集成研究现状13-14
• 1.2.2 水动力水质模型研究现状14-16
• 1.2.3 仿真模拟与可视化研究现状16-17
• 1.3 研究目标与研究内容17-18
• 1.3.1 研究目标17-18
• 1.3.2 主要研究内容18
• 1.4 技术路线18-20
• 1.5 论文组织20-21
• 第2章 长江南京江心洲河段可视化概念建模21-31
• 2.1 研究区概况21-22
• 2.2 可视化概念模型构建22-30
• 2.2.1 实体层表达23-24
• 2.2.2 空间关系层表达24-28
• 2.2.3 概念场景层表达28-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第3章 可溶性与非可溶性污染物结合的数值模拟31-51
• 3.1 长江南京江心洲河段水动力与水质模型耦合模式31-32
• 3.2 水污染扩散模拟数值模型32-42
• 3.2.1 水动力模型32-38
• 3.2.2 水质模型38-39
• 3.2.3 溢油模拟模型39-42
• 3.3 长江南京江心洲河段水污染扩散情景模拟42-50
• 3.3.1 长江南京江心洲河段水流动力场模拟42-45
• 3.3.2 可溶性污染物模拟45-49
• 3.3.3 溢油模拟49-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第4章 水污染扩散可视化表达51-74
• 4.1 长江南京江心洲河段流场可视化51-54
• 4.1.1 数据组织51-52
• 4.1.2 流场绘制与显示52-54
• 4.2 长江南京江心洲河段污染物浓度可视化54-58
• 4.2.1 数据组织54
• 4.2.2 浓度场绘制与显示54-57
• 4.2.3 突发水污染事件预警信息57-58
• 4.3 长江南京江心洲河段油膜漂移可视化58-62
• 4.3.1 数据组织58-59
• 4.3.2 油膜漂移轨迹绘制59-61
• 4.3.3 溢油事件预警信息61-62
• 4.4 长江南京江心洲河段水污染扩散仿真模拟系统62-73
• 4.4.1 系统总体结构设计62
• 4.4.2 系统功能模块设计62-63
• 4.4.3 系统业务流程63-64
• 4.4.4 系统功能应用64-73
• 4.5 本章小结73-74
• 第5章 结论与展望74-76
• 5.1 结论74
• 5.2 展望74-76
• 参考文献76-81
• 致谢81

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