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

1、湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化是當(dāng)今世界各國(guó)共同面臨的一個(gè)嚴(yán)重的水環(huán)境問(wèn)題,近年來(lái)我國(guó)的眾多湖泊也在不同程度上呈現(xiàn)出富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì),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(yíng)養(yǎng)鹽濃度增高、水質(zhì)腐敗惡化,對(duì)城市景觀和居民生活產(chǎn)生了極大的影響。如何改善此類(lèi)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(guó)水環(huán)境研究急需解決的重大科學(xué)

2、問(wèn)題。如今較為有效的改善措施之一是通過(guò)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(huì)對(duì)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(duì)東昌湖的自身特點(diǎn),通過(guò)建立二維水動(dòng)力—水質(zhì)耦合模型對(duì)其生態(tài)補(bǔ)水過(guò)程進(jìn)行模擬研究,發(fā)展集湖泊富營(yíng)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(huì)對(duì)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(guò)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(cè)獲取的資料,本文基于丹麥水動(dòng)力研究所DHI開(kāi)發(fā)的MIKE21 Ecolab模塊的編寫(xiě)原理,二次開(kāi)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(duì)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(guò)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)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(duì)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(guò)對(duì)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(duì)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(huì)對(duì)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(kāi)發(fā)的水質(zhì)模板在經(jīng)典的溶解氧—生化需氧量—營(yíng)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(guò)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(duì)污染物的吸附解吸及自身沉降和再懸浮過(guò)程對(duì)水質(zhì)模擬結(jié)果影響較大。
　　通過(guò)對(duì)東昌湖生態(tài)補(bǔ)水過(guò)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