#C2P#基于水体自净能力的河网闸泵调控优化模型研究_莫祖澜.docx
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1、分类号: TU99 密级: _ 单位代码: 10335 学 号: 21112141 硕士学位论文 中文论文题目: 基于水体自净能力的河网闸泵调控优化 模型研究 英文论文题目 : Research on controlling optimal model of pumps and sluices based on water purification capacit; 申请人姓名: _ 莫袓澜 指导教师: 邵卫云副教授 专业名称: _ 市政工程 研究方向: 环境水力学 所在学院: 建筑工程学院 论文提交日期 2014年 3月 浙江大学硕士学位论文 基于水体自净能力的河网闸泵调控优化模型研究 Re
2、search on controlling optimal model of pumps and sluices based on water purification capacity 本论文得到国家水体污染控制与治理科技重大专项 ( 2011ZX07301-004 )的资助 作者姓名: _ 莫祖澜 指导教师: 邵卫云副教授 专业名称: _ 市政工程 浙江大学建筑工程学院 2014年 1月 基于水体自净能力的河网闸泵调控优化模型研究 论文作者签名 : H ui 指导教师签名: x 论文评阅人 1: 李聪 副教授 淅江大学 评阅人 2: 唐平 副教授 杭州电子科技大学 评阅人 3: 刘宏远 副
3、教授 浙江工业大学 答辩委员会主席: 刘国华 教授 浙江大学 委员 1: 张仪萍 教授 浙江大学 委员 2: 胡云进 副教授 浙江大学 答辩日期: 2014.3.10 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果 .除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果,也不包含为获得 浙江大学 或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名: i签字日期 . y/ 厶年 + 月 曰 学位论文版权使用授权书
4、本学位论文作者完全了解 浙江大学 有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权 浙江大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播,可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 (保密的学位论文在解密后适用本授权书 ) 学位伦文作者签名:支址滅 导师签名:衫 1 $ 签字曰期: 年 4 月 / 丨曰 签 字 曰 期 $ 月 M曰 浙江大学硕士论文 致谢 致谢 本论文是在导师邵卫云副教授的悉心指导下完成的。从论文的选题、撰写到 最终成稿,恩师都倾注了大量的时间和心血。恩师具有高尚的人格魅力、深厚的 学术造诣、严谨的治学态度
5、和孜孜以求的敬业精神,是我终身学习的典范和楷模。 在论文即将完成之际,谨向邵老师表示最诚挚的谢意和最美好的祝愿! 感谢浙江大学刘小为老师和周永潮副教授在我实验和论文完成期间不遗余 力的指点和帮助,二位谦虚仁厚的人格魅力和认真的科研态度,是我学习的榜样, 在此向你们二位表示由衷的感谢!感谢张土乔教授、张仪萍教授、柳景青研究员、 张燕副教授、俞亭超副教授、李聪副教授、叶苗苗副教授、邵煜副教授、张可佳 老师、方磊老师等 各位老师在市政所学术活动中提出的宝贵意见,使我的论文得 以顺利完成。感谢刘国贵老师在项目现场的大力帮助!感谢赵宇洋师兄的有力支 持和辛勤工作! 感谢课题组姜利杰师兄、周慧平师姐、王嘉
6、伟师兄、马妍、章园、张萍师妹 和易文涛师弟在我整个论文完成过程给予的大力支持和帮助。感谢蒋伟师兄、郭 东进师弟和孙丽丽师妹的帮助。感谢王磊、黄标、刘青青、王璐文、周慧慧、毛 敏敏、巴依尔明达等同学在科研和生活中给我的帮助。在此祝愿你们今后一切顺 利、前程似锦! 感谢嘉兴规划院的王贤萍王工和嘉兴水利投资有限公司的陈鹏冲陈工,你们 提供的资料及帮助对我课题的完成有重大意义! 感谢我的室友钟青静和潘郁,能在这两年半的时间内和你们如此愉悦的相 处,让我的研究生生活增加了色彩,在此祝你们幸福! 特别感谢我的父母、姐姐、弟弟,你们多年来始终如一地给我全力支持和无 私奉献,使我能够全身心地投入学习并顺利完成
7、学业,爱你们! 在本文成文过程中,参考了大量国内外学者的主要著作和文献,在此对所有 参考文献的作者表示由衷的感谢!最后,衷心的感谢在百忙之中抽出时间审阅论 文的专家教授老师和答辩委员! 莫祖澜 二零一四年一月于浙大求是园 I 浙江大学硕士论文 摘要 摘要 平原河网的水环境污染是目前国内外沿海平原环境的共性问题。根据平原河 网的特点,利用泵站和闸门等水工建筑物调控增加水体流动性或置换,能在短期 内有效地改善该地区河网的水环境。然而,目前针对闸泵调控的研究大多集中在 模型的建立和应用上,而对与引水后受水区水质变化密切相关的影响因素,如底 泥、水温、流速以及被引水水质、引水比例等,对受纳水体水质的影
8、响研究鲜有 见报。因此,本文旨在研究上述因素对水体自净能力的影响,并据此改进闸泵调 控优化模型,以最小的闸泵调度运行费用来实现最大的水环境改善。具体如下: (1) 对研究区域进行了实地调研与测量,获取了水环境模型研究所需的基 础资料,根据研究区域现场多次水质调查的结果,确定该区域的主要污染物质。 (2) 通过小试试验模拟了实际受纳水体在四种自然 /引水条件 (底泥是否存 在、复氧与否、不同流速和溫度 )下的自净过程。结果表明:复氧是影响水体自 净能力最重要的因素;考虑水体自净夏季可适当减少引水时间;底泥既是上覆水 污染物的源也是汇;引水期间内河水的最佳流速为 0.1 nrs (3) 试验研究了
9、不同引水水质及引水比例对冲污效果的影响。结果表明, 在所研的工况中,当外河水中 NH3-N和 NO: T-N的比例为 1:3 1:5、磷酸盐和有 机磷的比例为 1:4时,受水区水质改善情况最好;以 少内 =1:5的比例控制引 水闸泵的流量时,冲污效果最好。 (4) 基于上述试验结果,对前人提出的闸泵调控优化模型进行了改进,完 善了目标函数,增加了内河水流速、外河水质与引水比例等三个约束条件,构建 出考虑引水因素的闸泵水动力调控优化模型。 (5) 基于 MIKE11软件,构建出嘉兴河网示范区的水环境模型(包括水 动 力模型和水质模型)。基于 MATLAB平台,耦合平原河网水环境模型与改进后 的闸
10、泵水动力调控优化模型,利用混合遗传算法编程实现最优引水方案的自动优 选。与前人的优化方案对比结果表明,本文所构建的闸泵调控优化模型可在不同 的外河水水质条件下提供及时有效的、低粍的引水方案。 关键字:平原河网;水体自净能力;闸泵优化调控;引水水质;引水比例; 嘉兴 浙江大学硕士论文 Abstract ABSTRACT Water environment deterioration has been becoming a common problem in plain rivemet region both at home and abroad. The river water quality
11、can be locally and effectively improved by the water diversion project in a short term, because it can increase the flow rate in a river and shorten the period of the replacement of water body by regulating its hydraulic structures such as pumps and sluices in a plain river network. However, the res
12、earches on the controlling optimal model of pumps and sluices are mostly focused on the establishment of the model or the direct application of the project. The factors, which may affect the improvement of receiving water quality, such as sediment, temperature of upper water, water velocity, the wat
13、er quality of diverted water, and diversion ratio, have not been considered thoroughly in the previous works. Therefore, this paper aims to improving the hydrodynamic controlling optimal model based on water purification capacity and maximizing the improvement of water quality with minimum operating
14、 costs of pumps and slice gates. The main contents are as follows: Firstly, the water environment model of plain river network of a demonstration area in Jiaxing city was established based on MIKE11, while the fundamental data for the model was obtained via field works. Secondly, bench-scale experim
15、ents using the nitrogen and phosphorus nutrients as water quality index were conducted and four influencing factors (sediment, reaeration, flow velocities and temperature) were evaluated. The experimental results show that reoxygenation is the most important factor to affect the ability of water pur
16、ification, diversion time can be reduced in summer due to the ability of water purification, and the optimal velocity of recieving water during the water diversion period is about 0.1 m s1. Thirdly, experiments on the improvement of receiving water quality contributed by the different water quality
17、of diverted water and the ratio of diversion water were conducted. The results show that the external water that has the ratio of ammonia and nitrate of 1:3 1:5, and the ratio of phosphate and organic phosphorus to be 1:4 can in 浙江大学硕士论文 Abstract improve receiving water quality mostly; while the rat
18、io of water volume diverted by pumps and slice gates to the water volxime of the original receiving water body be 1:5 can also improve quality mostly. Fourthly, the hydrodynamic controlling optimal model that considering diversion factors, taking the optimal velocity in the river, the water quality
19、of diverted water and the diversion ratio be the restrict conditions and completing the objective function by considering all the costs, has been established. Finally, the water environment model of the river network demonstration area in Jiaxing was established with the application of MIKE11. The M
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