南四湖內(nèi)風(fēng)生流及輸水期水流水質(zhì)數(shù)值模擬研究.pdf

1、我國(guó)水資源分布南豐北枯，水資源短缺和南北水資源不平衡，嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)社會(huì)的健康發(fā)展，并引起生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的下降。南水北調(diào)工程就是為解決我國(guó)北方地區(qū)的嚴(yán)重缺水狀況，實(shí)現(xiàn)我國(guó)水資源優(yōu)化配置的重要戰(zhàn)略舉措。2013年12月南水北調(diào)東線一期工程已試通水，標(biāo)志著山東省推行“治、用、?！辈⑴e的小流域綜合治污策略等各項(xiàng)污染控制措施發(fā)揮效益，使得南四湖湖內(nèi)水質(zhì)能達(dá)到輸水水質(zhì)要求，但輸水期間水質(zhì)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)形勢(shì)仍不容忽視。本文借助于SMS(Surface W

2、ater Modeling System)地表水模擬軟件，采用伽遼金有限元法建立了南四湖水動(dòng)力水質(zhì)數(shù)學(xué)模型，以南四湖萬(wàn)分之一地形圖(CAD版)為基礎(chǔ)，考慮湖內(nèi)各種植物、湖田、魚(yú)塘養(yǎng)殖及次級(jí)航道等對(duì)調(diào)水水流的阻隔作用，進(jìn)行了不同風(fēng)況條件下南四湖調(diào)水前、后上、下級(jí)湖流場(chǎng)及輸水期主要水質(zhì)指標(biāo)CODCr、T-P分布的數(shù)值模擬研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴基于SMS地表水模擬軟件系統(tǒng)，建立了南四湖二維水動(dòng)力學(xué)水質(zhì)數(shù)學(xué)模型，在邊界條件處理

3、及模型參數(shù)的選取上，可以較真實(shí)的反映南四湖內(nèi)水流水質(zhì)分布的基本情況，其研究結(jié)果具有一定的應(yīng)用參考價(jià)值。⑵通過(guò)南四湖非調(diào)水期風(fēng)力作用下的水動(dòng)力數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn):南四湖湖區(qū)非調(diào)水期主要表現(xiàn)為風(fēng)生流，風(fēng)生流主要受風(fēng)應(yīng)力、湖區(qū)地形等因素的影響;風(fēng)速?zèng)Q定風(fēng)生流的環(huán)流影響范圍，風(fēng)速越大，其環(huán)流影響范圍越大;風(fēng)向決定風(fēng)生流的流向和環(huán)流形態(tài)。⑶在南四湖輸水期正常設(shè)計(jì)水力工況、平均風(fēng)速條件下，不同風(fēng)向湖區(qū)風(fēng)生流場(chǎng)的影響不明顯。即使在極端天氣(風(fēng)速v=10

4、m/s)條件下，也只有在湖區(qū)寬闊區(qū)域出現(xiàn)小部分區(qū)域性環(huán)流，且影響范圍較小。因此，風(fēng)力對(duì)南四湖輸水期流場(chǎng)的影響較小，可以忽略風(fēng)應(yīng)力作用。⑷在南四湖輸水期正常設(shè)計(jì)水力工況、現(xiàn)狀排污條件下，南四湖上、下級(jí)湖出湖口CODCr濃度均能滿足Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);上級(jí)湖湖區(qū)約86.74％區(qū)域CODCr濃度達(dá)到Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，下級(jí)湖湖區(qū)全部達(dá)到Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)?？刂婆盼酆蠛^(qū)及出湖口CODCr濃度略低于現(xiàn)狀排污情況，南四湖湖內(nèi)水質(zhì)得到進(jìn)一步改善。⑸在南四湖輸水期正常設(shè)計(jì)

5、水力工況、現(xiàn)狀排污條件下，上級(jí)湖湖區(qū)約82.75％的區(qū)域T-P濃度達(dá)到Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，但出湖口T-P濃度超標(biāo);控制排污后上級(jí)湖湖區(qū)83.83％區(qū)域T-P濃度達(dá)到Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，上級(jí)湖T-P平均濃度下降8％，上級(jí)湖及各特征斷面水質(zhì)均得到明顯降低。在現(xiàn)狀排污條件下，下級(jí)湖出湖口、湖區(qū)及主航道T-P濃度均能達(dá)到Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，控制排污后下級(jí)湖湖內(nèi)水質(zhì)得到進(jìn)一步改善。⑹整個(gè)湖泊內(nèi)CODCr和T-P濃度在現(xiàn)狀排污及控制排污條件下總趨勢(shì)及變化規(guī)律相同，控制排