二維水動力—水質耦合模型對東昌湖生態(tài)補水的研究與應用.pdf

1、湖泊水體富營養(yǎng)化是當今世界各國共同面臨的一個嚴重的水環(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狀況、如何保持受到水質水量雙重威脅的北方城市湖泊的良性運行狀態(tài)是我國水環(huán)境研究急需解決的重大科學

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

3、工生態(tài)補水的規(guī)律,通過在補水期間設置不同的斷面實際調查湖區(qū)水動力、水質變化情況。根據(jù)實測獲取的資料,本文基于丹麥水動力研究所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)補水特點的水質模板,使用MIKE21FM軟件構建水動力模型,并與水質模板進行耦合聯(lián)用,對東昌湖水動力和水質現(xiàn)狀進行數(shù)值模擬,并通過與監(jiān)測數(shù)據(jù)對比,進行模型參數(shù)的率定與模擬結果的驗證。在此基礎上,本文進一步設定了8種不同的具有可行性且風

4、險較小的生態(tài)補水方案,應用已經(jīng)構建完成的二維水動力—水質耦合模型進行模擬對比分析,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。
　　通過對東昌湖水動力現(xiàn)狀的模擬分析可知,風應力拖曳系數(shù)是影響風生流狀況的重要參數(shù)。該參數(shù)設定為恒定常數(shù)時,模擬結果誤差較大,將該值設定為隨風速連續(xù)變化,模擬精度有了較大提高,對比六種風應力拖曳系數(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,水體結冰也會對風生流數(shù)值模擬

5、產(chǎn)生較大影響,在被冰覆蓋的區(qū)域,風應力作用被抵消甚至可以忽略不計。
　　本文二次開發(fā)的水質模板在經(jīng)典的溶解氧—生化需氧量—營養(yǎng)物質模型的基礎上,又引入了懸浮顆粒物和底部沉積物兩個狀態(tài)變量,能夠更為完整地描述東昌湖生態(tài)補水過程的水質變化情況。結果分析表明,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模擬結果影響較大。
　　通過對東昌湖生態(tài)補水過程變化發(fā)展的規(guī)劃研究,以補水源、補水量、補水口和補水方