橡胶坝作为一种低水头挡水构筑物,主要由坝基、中墩、坝袋及锚固等土建部分,以及充放水(气)及控制系统等部分组成。国务院签发的“水十条”政令中强调:发挥好控制性水利工程在改善水质中的作用。传统水利工程在逐渐地向生态水工方向发展,浑河王家湾橡胶坝位于浑河沈抚段,是浑河进入沈阳后的一个重要控制性水利工程。因此,在分析王家湾橡胶坝具有改善水质的调度潜力的基础上,基于传统的防洪兴利的基本调度方案,制定以水质为目标的橡胶坝调度方案尤为重要。本文旨在优化王家湾橡胶坝的调度方式,使其能发挥改善水质,削减下游污染物浓度,缓冲污水处理厂排污的潜在价值。其主要研究内容和研究成果有:(1)利用七个实测大断面成果插值出研究区域的地形高程数据,建立近坝区水动力和水质的数学模型,选用DHIMIKE21商业软件的水动力模块(HD)和生态实验室模块(Eco Lab),建立研究区的二维可视化模型,并验证了模型的精度能够达到模拟要求。(2)考虑橡胶坝原有的防洪兴利的功能以及其结构上的限制因素。重新计算其泄流量与调度方式的关系,筛选出王家湾橡胶坝的五种调度方式作为备选:即七跨溢流、七跨泄流、左岸1#,2#两跨集中泄流和左岸1#或2#跨集中泄流,方案可以满足灌溉期及汛期Q<606m3/s时的绝大多数情况的水质调度,及百年一遇的泄洪需求。(3)模拟计算了典型流量近坝区的流场与水质场,流场方面:橡胶坝在七跨鼓坝溢流与七跨全塌过流两种方案下,横向与纵向流速都较均匀,而集中泄流的三种情况表现出坝前绕流区与坝后环流区,并具有较大的横向分速度;水质场方面:水质指标的浓度场受水流场的影响很大,其中七跨鼓坝溢流的方案强化水体自净的作用最为明显;COD指标与NH3-N指标的浓度场表现出较为一致的二维分布特点。(4)设计不同的来水流量,对比共14种不同工况下下游对照断面的COD和NH3-N指标的削减量与削减率,发现当流量同为Q=100m3/s时,削减率由大到小依次为七跨鼓坝溢流>七跨塌坝泄流>单跨水坝集中泄流>双跨水坝集中泄流;当流量大于Q=200m3/s时,三种集中泄流调度方式下的下断面指标浓度的削减率反超全跨塌坝泄流;当来流量增大时,主要受停留时间的影响,所有调度方案下的两水质指标浓度的削减率都会随之下降,其中全跨泄流方案下的削减率受流量影响最大,COD指标的削减率受流量影响比NH3-N指标大。(5)设计不同来流污染物的浓度,模拟相同流量下污染负荷对橡胶坝水质调度能力的影响发现:无论在哪种污染物负荷下,下断面的污染物削减率始终是七跨溢流方案时最大;但随着污染物浓度增大,污染物的削减量也随之增大;同调度方式下污染负荷增大,调控能力均有小幅下降的趋势,NH3-N指标的削减率受污染负荷影响比COD指标大;然而调度方案对削减率的影响远远大于污染负荷对削减率的影响。(6)拟利用王家湾橡胶坝降低污水排放口对河流水质的影响,对比4个备选排污位置及3种调度方式共12种不同工况,统计其污染带的大小。模拟结果显示:七跨溢流或者全塌泄流而言,排污口位置设置在坝上或者坝下,对排放后的污水的稀释降解影响不大,河中心排放优于岸边排放。对于集中泄流而言,四种排污位置坝上排污好于坝下排污,而坝下河中心排污会产生大面积的椭环状污染带,应该极力避免。在所有工况中,属坝上河中心排污位置与橡胶坝调度方式1#跨集中泄流组合工况下,污染带面积最小仅为1.3×10-2km2。(7)定义橡胶坝可调性的概念。以综合削减潜力η作为可调性的量化指标。在假设上游入流污染负荷不变的前提下,上游来流量越小,最大削减潜力越大。最大综合削减潜力ηmaxl.51%。综合削减潜力η值不随污染负荷发生明显变化,这说明了当污染物浓度在自净范围内时,其污染物浓度改变量与本底指标浓度成正比,而各调度方式间的可调性的关系并不变化。