太湖流域滨湖城市多水源引水方案优化研究

引调水是目前许多城市改善河道水环境的重要手段,不同引水水源、流量对河道水质、水动力有较大影响,因此需要定量分析不同引水方案对河道水质、水动力的改善程度。以太湖流域无锡滨湖城市河网为研究对象,以太湖流域一维河网水量水质耦合模型为基础,将梅梁湖和五里湖作为引水水源,在不同引水流量条件下定量分析区域水动力和总磷(TP)浓度改善情况。结果表明,梅梁湖引水方案增加引水流量,可以有效提示水体流动性;五里湖引水时,可有效削减主要河道总磷(TP)浓度。考虑梅梁湖水量充足、水质较差,五里湖水质较好但水量不足,提出了双水源(梅梁湖-五里湖)联合调度方案。     

大东湖水网连通的水动力与水环境变化响应

为揭示城市河湖水网连通工程的生态水文响应机制,以武汉大东湖水网连通工程中东湖-沙湖连通为例,建立水动力-水质耦合数学模型,模拟分析水网连通前后东湖、沙湖的水动力与水质变化,并从空间分布和时间变化两方面,分析水质变化与水动力变化的响应关系。结果表明:东湖-沙湖连通后,东湖与沙湖水动力条件改善较明显,TN浓度和TP浓度基本呈现下降的变化趋势;主流线附近水域流速增加,TN、TP浓度降低,水质改善效果较好;偏离主流线较远的水域,其流速、TN、TP浓度均变化不大;东湖子湖(汤菱湖、水果湖)、沙湖的TN、TP浓度变化过程与流速变化过程呈现负相关关系。     

汉江王甫洲库区伊乐藻综合治理措施效用分析

为评估生境逆改造和生态调度相结合的方式对治理汉江王甫洲库区伊乐藻灾害的有效性，建立了研究区间的二维水动力模型，提出了水动力提升率这一概念，从典型断面、流场等方面对生境逆改造效果进行了定量分析，并对生境逆改造后的生态调度流量和方案进行了讨论。结果表明：(1)生境逆改造后断面特征点的总体水深增加达1.31 m,流速分布更加均匀，静水点个数显著减少。(2)改造后研究区间在枯水流量时水动力提升率最大，为44.55%,洪水流量时提升最小，为26.77%,周期提升率为35.59%。(3)生境逆改造之后的生态调度峰值流量调整为613.72 m³/s时，即可达到现有调度方案短时增至1 100 m³/s时的水动力提升效果，一次生态调度相较于现有调度方案可节约丹江口水库水量4.2亿m³,且相同最小流量下水动力提升率达17.2%。     

基于日调节过程的三峡水库生态调度研究

针对三峡水库蓄水以来库区支流出现的水体富营养化问题,研究并建立了基于日调节过程的非汛期生态调度模型,并对三峡水库非汛期的日调节调度方案进行模拟分析,对进行日F调节后水库及主要支流的水动力特性和水质变化情况进行了分析比较。分析结果表明:通过改进方案的非汛期日调节过程的优化,可使库区及支流的水体富营养化问题得到明显缓解,继而可有效地改善库区的生态环境。     

新孟河延伸拓浚工程对滆湖水量水质影响研究

新孟河延伸拓浚工程为太湖流域重要骨干引排工程。工程实施后加强了长江、洮湖、滆湖、太湖以及区域其他河网水系的互联互通,将对滆湖水文情势、水环境产生较大的影响。本文采用太湖流域一维河网水动力模型与滆湖二维水量水质模型嵌套,对枯水和平水典型年条件下工程建设前后滆湖水动力、水质变化进行模拟研究。结果表明：工程实施后,滆湖水动力条件、水质均有较大程度改善,枯水年尤为如此。但由于长江水源TP、TN水质指标值较高,引入长江水后仍不能满足滆湖水功能区划的要求,建议采取其他措施以进一步降低湖区TP、TN的浓度,以促进滆湖水生态系统健康发展。     

人工通江湖泊非汛期生态调度方案研究

除鄱阳湖和洞庭湖外,长江中下游通江湖泊基本以涵闸形式连通江湖。由于缺乏水体的自然交换,此类湖泊经常出现水质超标的情况,特别是枯水期。以华阳河湖群为例,通过实测资料分析、现场调研、数值模拟研究了其进行生态调度的可行性及具体方案。研究结果表明:华阳河湖群TN、TP浓度随水位的升高呈下降趋势,但当湖群水位超过某值(13.5 m)后,浓度下降趋势变缓,且湖群9月下旬多年平均水位高于现行非汛期控制水位,因此,利用华阳和杨湾闸进行湖群非汛期生态调度是可行的。在考虑现行闸门调度方式、江湖关系、确保防洪安全和水环境改善4个原则的基础上,结合数值模拟结果,确定了华阳河湖群非汛期生态调度方案,即利用杨湾闸和华阳闸控制湖区10—12月份水位控制在13 m,1—2月份控制在12.5 m,3—4月份控制在11.8 m。     

基于EFDC模型的明湖水库水质数值模拟及预测

基于EFDC模型,以支鱼港补水闸和大尖退水闸实测流量、水质、水位为计算边界,模拟并探讨了明湖水库库区水体在静置期和交换期的水质情况。结果表明:库容较大时,库区水体水环境容量较高,水质浓度的增加幅度较小;COD浓度随水体静置时间增加的幅度较NH3-N低;在水体静置期,库区水体停留时间以27~30 d为宜;明湖水库运行期间,通过支鱼港补水闸、大尖闸与大冲闸联合调度运行,相机换水可有效保证库区水质安全。     

沙源区水库氮磷营养盐时空分布与相关性分析

为揭示典型沙源区水库水体氮磷等营养盐时空分布特征和相关性,以大河口水库为研究区,布置5个监测断面,对水库水质进行采样分析,结果表明:受风沙降尘、上游河流水质和库区底泥影响,在时间分布上,4月水体解冻至6月,各检测断面TN、TP等营养盐浓度总体呈明显持续升高趋势;在空间分布上,从入库口A-A断面和B-B断面至出库EE断面TN、TP浓度逐渐降低;在垂向分布上,水库表层水体和底层水体氮磷浓度高于中层水体;TN、TP在水库中的变化规律一致,呈一定比例存在于水库中;温度是影响TN、TP浓度变化的重要因子;藻类的生长对TN和TP起抑制作用;水库中TN、TP的变化与DO含量基本无关。     

黄河水量调度系统中的流量演进问题研究

黄河干流非汛期流量演进问题是黄河水量调度工作的难点之一。为解决这一问题，采用水文学和水动力学相结合的方法，建立了基于水量调度的黄河下游非汛期流量演进混合模型。模型采用基于水文学的水量平衡方程，并用一维水力学方法对方程中的传播时间、槽蓄量两项关键参数进行了率定。采用2003、2004两水文年的实测资料对模型进行了验证，结果表明模型能较好地模拟流量传播过程。     

柴河水库水质水量藕合调度 模型及求解

针对柴河水库作为铁岭市重要水源地受到的污染,综合考虑柴河水库目前水量调度情况及库中TP(总磷), TN(总氮)在水库中的最大日负荷作用,建立了柴河水库水质水量藕合调度模型,并利用MATLAB进行了求解。结果表明柴河水库利用该模型进行调度即能满足对铁岭市需水量的要求,也能保证出库水质标准。此调度模型能有效地改善水库水环境质量,可供其他水库水质水量藕合调度作参考。     

三峡水库蓄水期洞庭湖区水文情势变化研究

洞庭湖湖区的水文情势变化直接影响到区域洪水灾害防治、水资源利用、水环境保护和水生态安全维护,意义重大。基于实测资料分析了三峡水库运行前后洞庭湖区水文情势变化,受三口分流量减少和来水偏枯等综合因素影响,2003～2016年8～11月洞庭湖入、出湖水量较1981～2002年分别减少26%和23. 7%,湖区水位下降0. 76～1. 27 m。建立了长江与洞庭湖一、二维耦合水动力模型,模拟计算了三峡水库蓄水期初设调度方案、优化调度方案和规程调度方案下长江干流及洞庭湖区的水文过程,3种方案对应的城陵矶站蓄水期多年旬平均流量分别减少1 220,928,900 m~3/s,湖区鹿角站蓄水期多年旬平均水位分别降低1. 47,1. 23,1. 20 m。实际调度流量减小812 m~3/s,水位降低1. 14 m,表明实际调度最优。从不同调度方案比较来看,实际调度提前了起蓄时间,减缓了对洞庭湖区水文情势的不利影响。     

库区面源氮、 磷污染对于桥水库水质的影响

于桥水库作为天津市唯一的饮用水供水水源地,研究于桥水库周边面源污染对其水质的影响,有助于改善水库水环境,保障供水质量。在分析水库周边面源污染负荷的基础上,运用基于二维浅水方程和对流扩散方程组构建的于桥水库二维水动力和水质耦合模拟模型对2008年雨季(6月-9月)水库TN、TP浓度的空间分布及随时间变化特征进行了模拟分析。结果表明,受果河入库流量和汛期主导风的影响,总体上TN、TP随水流主要沿水库南岸和西北岸向坝前方向扩散,并在库区东形成顺时针大环流和在库区西形成逆时针环流。受环流影响,库心水质受污染影响较小。TP在空间上呈现出东高西低的趋势,TP平均浓度最高值出现在8月份为1.56mg/L;刘相营及五百户镇是TN的主要入库口,TN平均浓度最高值出现在9月份为3.74mg/L。     

梯级电站建设对水质的影响

采用一维水动力数学模型和水质数学模型,对梯级电站建设前后的CJ江干、支流的水质变化进行研究,预测CJ江2020年5个梯级电站建设后干流水质主要参数的变化情况。结果表明,各梯级电站水库蓄水后各坝址处平均DO质量浓度将较建库前略有下降,BOD5和NH3-N的质量浓度呈下降趋势,TP质量浓度变化较小。     

A COUPLED MODEL OF HYDRODYNAMICS AND WATER QUALITY FOR YUQIAO RESERVOIR IN HAIHE RIVER BASIN

In order to simulate the characteristics of hydrodynamic field and mass transport processes in the Yuqiao Reservoir （YQR）, a 2-D coupled model of hydrodynamics and water quality was developed, and the water-quality related state variables in this model included CODMn, TN and TP. The hydrodynamic model was driven by employing observed winds and daily measured flow data to simulate the seasonal water cycle of the reservoir. The simulation of the mass transport and transformation processes of CODMn, TN and TP was based on the unsteady diffusion equations, driven by observed meteorological forcing and external loadings, with the fluxes form the bottom of reservoir and the plant photosynthesis and respiration as internal sources and sinks. A finite volume method and Alternating Direction Implicit （ADI） scheme were used to solve these equations. The model was calibrated and verified by using the data observed from YQR in two different years. The results showed that in YQR, the wind-driven current was an important style of lake current, while the concentration of water quality item was decreasing from east to west because of the external pollutant loadings. There was a good agreement between the simulated and measured values, with the minimal calculation error percent of 0.1% and 2.6% and the mean error percent of 44.0% and 51.2% for TN and TP separately. The simulation also showed that, in YQR, the convection was the main process in estuaries of inflow river, and diffusion and biochemical processes dominate in center of reservoir. So it was necessary to build a pre-pond to reduce the external loadings into the reservoir.     

典型暴雨农业面源总磷入库水质影响过程

以东北大伙房水库为典型研究案例,根据典型暴雨情况下农业面源中总磷入库的时间变化特征,建立考虑入库水流影响的库区三维水动力数学模型及相应的三维水质模型,模拟分析1次典型暴雨入库过程中库区总磷三维空间分布及随时间变化的特征。模拟结果表明,受入库流量和丰水期主导风向东北风的影响,总体上总磷随着水流主要沿西南岸线向坝址方向扩散,总磷浓度超标面积逐渐增大,随着流程增加,其浓度逐渐减小。对面源入库过程的模拟分析可以为面源污染的预报及治理提供相关的技术依据。     

不同水期洱海氮磷时空变化规律

为了掌握洱海特征污染物入湖后在湖区的迁移规律,基于环境流体动力学模型EFDC,建立了洱海三维水质数学模型,并利用2015年、2016年的水文水质监测数据对模型进行了率定和验证。利用建立的洱海三维水质数学模型,模拟分析了不同水期、不同氮磷污染源浓度汇入条件下的洱海湖区总氮(TN)、总磷(TP)时空演变规律。结果表明:不同水期、不同氮磷污染源浓度汇入条件下的TN、TP分布规律类似;丰水期湖区TN、TP浓度总体上大于平水期和枯水期,高浓度汇入条件下的湖区TN、TP浓度总体上大于中浓度和低浓度;不同水期、不同氮磷污染源浓度汇入条件下洱海湖区TN、TP平均浓度差别不大,分别约为0.50 mg/L和0.03 mg/L;空间分布上,洱海湖区北部TN、TP浓度较高,近岸区域、湖湾的TN、TP浓度高于湖区。研究结果可为保护和治理洱海提供参考。     

汾河水库水动力及水质数值模拟

汾河水库是万家寨引黄工程的调节水库和山西省最大的地表水饮用水源地，其上游河段的COD和TN有超标现象，故确定库区污染物的输移扩散规律并提出相应的保护措施对保证水库水质安全至关重要。以工程技术资料、DEM模型、遥感及GPS实测信息为基础，采用GIS技术将汾河水库边界和地形进行数字化处理；通过实测数据进行参数率定与模型验证，确定汾河水库的水动力模型和水质模型；将模型进行耦合联用，以汾河水库的水动力为基础，选取COD和TN进行数值模拟，计算污染物在不同进水浓度时库区污染物超标面积，以库区污染物超标面积百分比来表征水库受污染程度。模拟结果表明:风场是影响水库水动力的主要因素；在静风和主导风力作用下污染物分别沿地形和沿下风向堤岸扩散；污染物超标面积百分比与进水污染物浓度限值呈二次函数关系。     

基于数值模拟的南湖流场优化与水质改善研究

针对城市景观水体流动性差,往往处于封闭或半封闭状态,容易造成富营养化的问题,以典型城市景观水体山东郓城南湖为研究对象,基于MIKE21软件构建了湖区水动力-水质耦合模型,对湖区流场与水质情况进行了模拟计算。为改善湖区流场和水质状况,提出增设水源热泵回水口的优化方案,并根据模型模拟结果,对不同方案流场改善效果进行了分析比较。结果表明:增设水源热泵回水口能有效改善南湖流场分布与湖区水质;以氨氮为评价指标,沿湖岸设置4个回水口的方案与原方案相比较,观测点的氨氮质量浓度平均降低了59.7%,对水质的改善效果最好。     

上海市分片水资源调度方案优化

为提高水资源调度改善水质效果,利用黄浦江水系、崇明岛河网水量水质模型,在分析评估上海市水资源调度现状效果的基础上,从引排水口门配置、水闸开启方式、水位控制条件等方面考虑,研究分片水资源调度优化方案。通过引排水量大小、水质改善效果等多方案分析比较,提出了分片水资源调度优化方案。结果表明：分片COD平均浓度改善3.1%~16.9%;分片NH3-N平均浓度改善3.4%~28.1%。COD浓度为：劣Ⅴ类水的河网面积减少37.1%,Ⅲ类水的河网面积增加33.4%;NH3-N浓度为劣Ⅴ类水的河网面积减少9.4%,Ⅳ~Ⅲ类水的河网面积增加25.9%~31.0%。