大伙房水庫(kù)水體滯留時(shí)間及水質(zhì)的數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，日益加劇的人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水庫(kù)淡水資源的依托更為密切、對(duì)控制流域環(huán)境產(chǎn)生的壓力終將會(huì)在水庫(kù)匯集。因此，研究并掌握物質(zhì)在水庫(kù)中的輸運(yùn)過(guò)程對(duì)水環(huán)境管理和水資源可持續(xù)利用有重要意義。本文以大伙房水庫(kù)為例數(shù)值研究了物質(zhì)在水庫(kù)中隨水體的輸運(yùn)過(guò)程及其滯留時(shí)間。本文在三維水動(dòng)力模型ECOMSED的框架中加入了干濕判斷法動(dòng)邊界處理技術(shù)。改進(jìn)后的模型以拋物形盆地內(nèi)水體的自由振蕩問(wèn)題為例進(jìn)行了驗(yàn)證，模型計(jì)算得到的自由水表面、縱向、橫向和垂

2、向流速均與解析解吻合良好。為進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)。
　　本研究基于改進(jìn)的ECOMSED模型建立了大伙房水庫(kù)三維水動(dòng)力模型。模擬得到的水位、水溫與實(shí)際觀測(cè)值吻合良好，其中壩前測(cè)站水位的模擬值與實(shí)測(cè)值的均方根誤差為0.459 m，模型成功再現(xiàn)了水庫(kù)水溫近一年內(nèi)在垂向上隨時(shí)間均勻分布—分層—均勻分布的變化歷程。隨后數(shù)值研究了大伙房水庫(kù)水體滯留時(shí)間的時(shí)空變化特征，并系統(tǒng)分析了入流和出流、熱通量和風(fēng)對(duì)大伙房水庫(kù)水體滯留時(shí)間的影響，結(jié)果表明入

3、流和出流是水庫(kù)水體滯留時(shí)間的決定性因素，入流和出流越強(qiáng)，水體滯留時(shí)間越短；熱通量是有溫度分層的水庫(kù)水體滯留時(shí)間的控制性因素，熱通量引起的水平密度環(huán)流使得水體滯留時(shí)間分布更為均一，但其引起的水體溫度分層又增強(qiáng)了滯留時(shí)間在垂向上的不同；風(fēng)對(duì)水庫(kù)水體滯留時(shí)間的影響最小，但它卻可以加強(qiáng)庫(kù)水的水平對(duì)流和垂向混合，改變水體滯留時(shí)間的分布。以上的物質(zhì)輸運(yùn)研究是基于一般的水體環(huán)流理論（利用保守示蹤質(zhì)反映水體的輸移和混合等過(guò)程）而不是針對(duì)特定的污染物，因

4、此我們將改進(jìn)的ECOMSED模型和RCA模型相結(jié)合建立了大伙房水庫(kù)三維水動(dòng)力水質(zhì)模型。模擬得到的溶解氧、氨氮、硝酸鹽氮、總氮、總磷和葉綠素a等水質(zhì)要素與監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的實(shí)測(cè)值符合良好。隨后分析了各水質(zhì)要素隨時(shí)間的變化特征及其空間分布規(guī)律，并系統(tǒng)研究了各河流營(yíng)養(yǎng)鹽輸入對(duì)水庫(kù)水質(zhì)要素的影響，結(jié)果表明將各河流氮、磷輸入均減少一半后，可明顯增加水庫(kù)水體夏季溶解氧濃度，減小水庫(kù)氮、磷及葉綠素a濃度；蘇子河的磷輸入對(duì)撫順取水口處總磷和浮游植物生長(zhǎng)的貢獻(xiàn)大