二維水動(dòng)力—水質(zhì)耦合模型對東昌湖生態(tài)補(bǔ)水的研究與應(yīng)用.pdf

1、湖泊水體富營養(yǎng)化是當(dāng)今世界各國共同面臨的一個(gè)嚴(yán)重的水環(huán)境問題,近年來我國的眾多湖泊也在不同程度上呈現(xiàn)出富營養(yǎng)化趨勢,特別是以東昌湖為代表的“北方缺水城市湖泊”,由于地處城區(qū),缺少與天然水體的連通,匯入和流出的途徑較少,同時(shí)大量的城市生活污水入湖,造成湖體營養(yǎng)鹽濃度增高、水質(zhì)腐敗惡化,對城市景觀和居民生活產(chǎn)生了極大的影響。如何改善此類湖泊的水質(zhì)狀況、如何保持受到水質(zhì)水量雙重威脅的北方城市湖泊的良性運(yùn)行狀態(tài)是我國水環(huán)境研究急需解決的重大科學(xué)

2、問題。如今較為有效的改善措施之一是通過人工水源進(jìn)行周期性的生態(tài)補(bǔ)水,然而東昌湖目前只能引用黃河水進(jìn)行補(bǔ)給,其中富含的大量懸浮泥沙,又會對湖泊水體中污染物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化產(chǎn)生重要影響。因此,針對東昌湖的自身特點(diǎn),通過建立二維水動(dòng)力—水質(zhì)耦合模型對其生態(tài)補(bǔ)水過程進(jìn)行模擬研究,發(fā)展集湖泊富營養(yǎng)化治理、水量調(diào)配和污染預(yù)防于一體的綜合技術(shù),將會對湖泊水污染治理和水資源管理的理論和實(shí)踐做出貢獻(xiàn),具有重要的科學(xué)價(jià)值和實(shí)際意義。
　　為了研究東昌湖人

3、工生態(tài)補(bǔ)水的規(guī)律,通過在補(bǔ)水期間設(shè)置不同的斷面實(shí)際調(diào)查湖區(qū)水動(dòng)力、水質(zhì)變化情況。根據(jù)實(shí)測獲取的資料,本文基于丹麥水動(dòng)力研究所DHI開發(fā)的MIKE21 Ecolab模塊的編寫原理,二次開發(fā)了適合東昌湖人工生態(tài)補(bǔ)水特點(diǎn)的水質(zhì)模板,使用MIKE21FM軟件構(gòu)建水動(dòng)力模型,并與水質(zhì)模板進(jìn)行耦合聯(lián)用,對東昌湖水動(dòng)力和水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行數(shù)值模擬,并通過與監(jiān)測數(shù)據(jù)對比,進(jìn)行模型參數(shù)的率定與模擬結(jié)果的驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上,本文進(jìn)一步設(shè)定了8種不同的具有可行性且風(fēng)

4、險(xiǎn)較小的生態(tài)補(bǔ)水方案,應(yīng)用已經(jīng)構(gòu)建完成的二維水動(dòng)力—水質(zhì)耦合模型進(jìn)行模擬對比分析,最終篩選出較優(yōu)方案,從而為流域水資源管理和有效利用提供一定的參考。
　　通過對東昌湖水動(dòng)力現(xiàn)狀的模擬分析可知,風(fēng)應(yīng)力拖曳系數(shù)是影響風(fēng)生流狀況的重要參數(shù)。該參數(shù)設(shè)定為恒定常數(shù)時(shí),模擬結(jié)果誤差較大,將該值設(shè)定為隨風(fēng)速連續(xù)變化,模擬精度有了較大提高,對比六種風(fēng)應(yīng)力拖曳系數(shù)模擬情景,可知采用Wu公式模擬效果較好。北方冬季氣候寒冷,水體結(jié)冰也會對風(fēng)生流數(shù)值模擬

5、產(chǎn)生較大影響,在被冰覆蓋的區(qū)域,風(fēng)應(yīng)力作用被抵消甚至可以忽略不計(jì)。
　　本文二次開發(fā)的水質(zhì)模板在經(jīng)典的溶解氧—生化需氧量—營養(yǎng)物質(zhì)模型的基礎(chǔ)上,又引入了懸浮顆粒物和底部沉積物兩個(gè)狀態(tài)變量,能夠更為完整地描述東昌湖生態(tài)補(bǔ)水過程的水質(zhì)變化情況。結(jié)果分析表明,黃河水源中攜帶的大量懸浮泥沙對污染物的吸附解吸及自身沉降和再懸浮過程對水質(zhì)模擬結(jié)果影響較大。
　　通過對東昌湖生態(tài)補(bǔ)水過程變化發(fā)展的規(guī)劃研究,以補(bǔ)水源、補(bǔ)水量、補(bǔ)水口和補(bǔ)水方