根据研究水资源保护工作的需要,提出一个平面二维水流—水质有限体积法及黎曼近似解模型。有限体积法(FVM)的方程是对控制体写出的积分形式的物理守恒律,把二维问题转化为一系列局部的一维问题进行求解。该法将计算域划分成若干规则或不规则形状的控制体,对每个控制分别进行水量和动量平衡计算,得出各控制体边界沿法向输入或输出的流量和动量通量,然后便可计算出时段末各控制体的平均水深和流速。 本文中模型以高精度的向量分裂格式(FVS)通过求解局部黎曼问题来估算各网格边界上的法向通量,具备有限单元法及有限差分法两者的优点,不仅提高了数值模拟的精度,而且能模拟包括恒定、非恒定或急流、缓流等水流.水质状态。 利用长江和汉江武汉段相关水域的实测资料对模型进行率定和验证,验证结果表明:二维水流—水质耦合模型对区域概化合理,模拟结果基本反映了河道的水力特性和水质特征,可用于模拟区域内污染物迁移降解过程和污染带影响范围的预测。 在水资源管理中的点源入河排污论证应用中,分析了正常排放和突发事件排放情况下对水功能区的影响:对概化的污染源模拟出在设计条件下的污染带分布图,并计算出污染带长、宽随排污量变化曲线,并对所在长江江段水质可达性进行了研究。 在面源排污论证应用中,定量估算分析了赫山地区城市面源降雨径流过程和污染负荷。在此基础上,用二维水流—水质耦合模型分析了正常排放、事故性排放和面源治理后排放情况下对水功能区的影响,计算出污染带长、宽随河道水期变化曲线,并对所在汉江江段水质可达性进行了研究。为城市降雨径流的排放论证做了一个尝试。 数值模型应用表明,有限控制体积法(FVM)配合向量分裂格式(FVS)是一种具有高解析度的数值方法。二维水流水质FVM模型是合理的、可靠的和有效的,可在实际工程水环境工作中推广运用。