太原市迎泽湖富营养化控制的模型研究

针对湖泊富营养化问题,对太原市迎泽湖进行资料收集和长期水体监测,综合水动力模型、水质模型,融合参与湖泊富营养化的各种生命活动过程,建立湖泊富营养化耦合模型,用实测水质数据进行参数率定与验证,选取总氮、总磷、叶绿素a及透明度4项因子进行模拟,得出迎泽湖营养物质输移扩散及时空分布规律.结合迎泽湖实际情况,从补水方式、补水频率以及改变湖泊柔性结构三方面,提出改变水动力条件的方案并进行数值模拟,研究了各方案水动力、物质输移扩散的改进效果,结果表明,作为富营养化程度表征的叶绿素a在空间和时间分布上均存在一定的规律性,其浓度变化范围在0.035~0.105mg/L之间;藻类等浮游植物迅速增殖导致水质恶化水华暴发,而采取加大湖水水力循环和改善入口水质的控制方案,可有效改善湖水水质.     

衡水湖水动力水质特征及驱动机制

为探究衡水湖水动力水质特征,在现场调查的基础上,基于EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)模型,构建衡水湖二维水动力水质模型,分别用2018年和2019年的水位、温度和水质等观测数据对模型进行率定和验证,该模型可较好地反映衡水湖的水动力和水质情况。在此基础上,模拟衡水湖水动力学和水质在空间和时间的变化特征,分析衡水湖水动力水质演化的驱动机制。结果显示：衡水湖水动力较弱,补水是改善水动力的重要方式,对于保持湖泊生态水位,提升水交换能力有促进作用;补水带入的大量营养盐对湖区水质有显著影响,各站点的水质指标在补水期产生较大波动,其中王口闸和小湖心受影响较大。在进水水质较差的情况下,补水容易使湖泊水体污染加重,控制入湖水质仍然不能忽视。     

外调补水条件下流速对景观水体水华抑制效果模拟研究

城市景观缓滞水体水华控制及水力条件改善是当前城市湖泊、河流等景观水体生态健康恢复的关键问题。永定河生态补水措施用于缓解莲石湖8号湖等景观缓滞水体面临的水华易发问题,然而该补水过程对景观水体的水华控制成效尚不明确。基于2019—2021年水质、水文、藻类实测数据,通过构建莲石湖8号湖水动力-水质二维耦合数值模型,结合现场监测数据对耦合数值模型进行率定与验证,探讨了在不同补水条件下8号湖叶绿素a含量和缓流区域的变化特征,定量分析了不同外调补水条件下缓滞区空间分布、叶绿素a浓度与典型景观缓滞水体水文条件的响应关系。结果表明：不同外调补水流量能够有效控制缓滞水体内叶绿素a含量,当外调补水流量为0.23～0.96 m³/s时,莲石湖8号湖表层水体中叶绿素a浓度较低且缓流区域面积较小。该研究结果可为城市景观水体水华控制及外调补水优化方案的制定提供技术支撑。     

基于MIKE11模型提高污染河流水质改善效果的方法

为寻求提高污染河流水质改善效果的方法,本研究选择中国多坝闸重污染河流颍河为研究对象,针对引江济淮工程颍河段的水质改善要求,以颍河主要的污染物高锰酸盐指数、氨氮为指标,提出了应用MIKE11建立试验河流一维河网水动力和水质模型,采用数值模拟的方法,试验研究河流水质改善的最优技术方法,模拟试验主要进行了补水流量、补水水质、补水位置和补水方式等措施对改善颍河水质效果的影响.模拟结果表明:用MIKE11模型中水动力模块(HD)和对流扩散模块(AD)并结合降雨径流模块(NAM)来进行污染河流水质改善是可行的,即补水流量为河流本底流量的10%,分别对补水点1采用Ⅲ类水,补水点2和补水点3采用Ⅳ类水进行补给,补给效果最佳,高锰酸盐指数和氨氮的去除率分别为72.3%和55.7%,使研究区颍河85%以上的河段达到Ⅳ类水水质标准,为河流污染控制提供了一种新方法.     

滇池湖泊富营养化动力学模拟研究

针对滇池富营养化情况 ,利用实测资料 ,建立了叶绿素a、透明度、藻量与总氮、总磷之间的相关关系式 ,利用水动力学原理建立垂向平均化的水动力学模型 ,并对总氮、总磷及叶绿素a、透明度和藻量分布进行了模拟计算。对滇池湖泊富营养化的控制提供科学依据。     

基于MIKE21的南浔区河网水动力水质耦合模拟研究

为提升平原河网水环境质量、改善河道水动力条件,选取浙江湖州市南浔沈庄漾圩区为研究对象,利用MIKE软件建立二维水动力水质耦合模型,以二维浅水方程组为理论基础,应用同平台同维度中嵌套水质模型的水动力方法进行过程耦合,运用断面实测数据与相应经验公式进行参数率定,通过实测数据与模拟效果的分析进行模型验证,分别模拟了不同补水流量和调控位置条件下的水动力水质监测指标变化。结果表明,经率定验证后的耦合模型对河网内水动力和水质指标的模拟精度较好,模拟效果与实测结果吻合度较高;河网在补水流量为初始流量的30%时,湖区水动力提升效果增加9.92%,典型水质指标NH3-N、TP、TN的去除率分别为6.21%、11.4%和6.82%,改善效果显著,最优补水点位置为Code5。     

应用三维粒子轨迹跟踪模型模拟香溪河水藻增殖过程

三峡工程建成后将改变库区的水动力条件,会对库区及支流的水生态环境产生重要影响.因此,本文应用三维非结构海洋动力学模型ELcirc,以及考虑营养物质浓度、水温、水下光照强度和流速等因素影响水藻增殖的粒子轨迹跟踪模型模拟三峡库区支流香溪河的水流及水藻颗粒的输移.同时,采用室内弯道水槽试验资料对模型进行了验证,计算结果表明,验证后的模型可以较为精确地模拟弯道水流运动特性和弯道水流中的物质输移现象.采用验证后的模型研究了2007年9—10月三峡水库蓄水期香溪库湾的水流及藻类颗粒物质输移,结果表明,长江干流水体倒灌入香溪库湾产生回流,藻类颗粒向上游运动,考虑水藻生长过程的三维粒子轨迹跟踪模型可以较好地模拟水藻颗粒的垂向分布及水藻生长的水华过程.     

奥林匹克水上公园水质和生态数学模型应用研究

为保证奥林匹克水上公园满足相关水质标准,开展奥林匹克水上公园水环境污染防治研究非常必要.为评估污染防治方案的效果,构建了水上公园水质生态数学模型,主要模拟指标为TN,TP,BOD5,DO,叶绿素以及藻类,通过2008年实测水质资料进行了模型的验证和率定,对各污染防治方案的效果进行模拟.模拟结果表明:模型较好地模拟了水质和藻类动态变化:水处理站运行和地下水补水方案,时各污染物削减以及藻类生长的抑制作用明显.     

南四湖上级湖水质安全风险数值模拟

引用地表水有限元模型,以南四湖上级湖为研究对象,结合湖泊地形特征、设计工况、水文条件、水力学原理和污染物输移扩散规律与混合特性等,开展水质安全风险数学模拟研究,研究结果可为南水北调流域水污染控制规划、决策、设计提供参考.     

基于二维湖泊藻类模型的洪泽湖藻类空间动态模拟

将洪泽湖分为北、东、西3区,基于二维湖泊藻类模型构建洪泽湖藻类空间动态模型.利用水文、气象、水质数据初始化模型、设定边界条件,并用2012年逐月叶绿素a实测浓度校正模型参数,模拟出洪泽湖2012年叶绿素a浓度连续变化过程.从时间维度看,叶绿素a浓度变化多呈“双峰型”趋势,分别在4月和8月左右出现峰值;湖心和出湖口站点呈单峰型或无明显峰值;颜圩站点出现多个浓度峰值.从空间维度看,西区叶绿素a平均浓度最低且空间差异不明显;北区因湖水流动性差,浓度分布均匀,且靠近湖岸地区浓度较高;东区叶绿素a浓度受过水通道影响较大,空间差异显著.虽然受大型浅水湖泊模拟不确定性等因素影响,个别点位模拟误差偏高,但不会影响整体分析结果,模拟结果具有较高可信度.     

典型云南高原湖泊叶绿素a与影响因子的定量关系及对比分析

湖泊富营养化的影响因子涉及水文、物化、生物等多方面,具有复合性和非线性特征,定量化其与影响因素间的相关关系有助于识别影响湖泊营养状态的关键因子,可以用较低的成本、较短的时间达到理想的控制效果.云南高原湖泊具有易发生富营养化的自然和气候特征,对其富营养化发生条件及影响因子的分析可为科学的控制决策提供参考.本文选取云南滇池、程海、抚仙湖和异龙湖4个高原湖泊,比较湖泊自然特征与流域社会经济条件的异同;构建包括绝对主成分多元线性回归分析(APCS-MLR)、结构方程模型(SEM)及人工神经网络模型(ANN)的综合分析方法,重点关注并确定浮游初级生产力的代表指标(叶绿素a,Chla)与相关影响因子间的定量相关关系.研究发现:14个湖泊中,对Chla浓度变化影响最大的均为理化因子,但在各湖中该影响的正、负性及不同理化因子的贡献权重有较大差异;2流域污染源构成的不同在一定程度上影响了入湖的氮、磷负荷,使4个湖泊表现出不同的营养盐限制性特征;3流域面积、湖泊形态及湖体水动力条件影响着营养盐在湖体中的迁移转换,造成4个湖泊富营养化的差异性特征;4对Chla与影响因子间因果关联的识别须结合深入的机理过程分析.     

巢湖水源地水质对入湖河流的响应研究

文章基于三维水动力模型ELCOM建模,模拟分析巢湖水源地水质对入湖河流负荷响应关系,以及从白石天河进行引水时调水量不同带来的不同水质改善效果。不同站点水质受到入湖河流负荷影响大小主要与其距离该入湖河流远近相关,但结果同时显示,站点邻近的大流量入湖河流会改变这种响应关系。西部入湖河流需要较长的时间才会对东部水源地水质产生影响。故而,应该优先选择对柘皋河的水质进行改善,以保障水源地的水质。调水对水源地水质改善的模拟结果表明,水源地水质随调水流量的增加而得到较好的改善,计算结果为调水方案的优化提供了参考。     

基于EFDC城市景观湖泊水动力模拟研究

城市景观湖泊是生态城市建设的重要组成部分,其水流缓慢,水动力交换和自净能力较弱,水质易受城市排污、径流、人为活动等因素影响。本文应用EFDC(environment fluid dynamic code)三维模型研究分析了典型城市景观湖泊-天印湖的水动力特征,模拟了2011年9月至2013年12月水龄变化过程和时空分布,分析降雨径流和风力驱动对水龄的影响力。结果表明:天印湖的水动力主要驱动力为降雨径流,风力对水龄的影响很小。研究结论有助于理解城市景观水体的水动力特性以及进一步研究水动力对水质变化的影响,并为城市水环境建设和保护提供一定的方案支持。     

重庆渝北双龙湖泥磷释放强度影响因素正交试验研究

双龙湖是浅水型城市湖泊，一度为重富营养化湖泊。综合治理后底泥产生的内源污染可能成为湖泊营养物的主要自荷。研究双龙湖限制性营养元素——磷在底泥的释放规律，对于修复水体、保持水质具有重要意义，为湖泊内源治理、水环境保持提供科学依据。本文试验分析双龙湖不同环境因子（温度、pH值、溶解氧、水动力）对底泥总磷释放的影响；通过底泥正交模拟试验测定分析认为温度、溶解氧、pH值、水动力均是影响双龙湖底泥磷释放的显著因素，显著性排序依次为溶解氧〉温度〉pH值〉水动力。     

江湖关系变化及其对鄱阳湖水环境影响研究——代“江湖关系变化及其对鄱阳湖水环境影响研究”专栏序言

近年来,江湖关系变化成为影响鄱阳湖水环境的重要因素之一.立足于近年来鄱阳湖与长江江湖关系变化,试图通过鄱阳湖发展演变及江湖关系变化影响因素,以及江湖关系变化对鄱阳湖入湖污染负荷、水质、沉积物和藻类水华影响等方面,深入揭示江湖关系变化对鄱阳湖水环境影响机理.其中,从N、P生物地球化学循环的角度切入,研究揭示江湖关系变化对水体和沉积物N、P等生源要素的产生、输移、转化与降解过程以及赋存形态与时空分布等的影响机理;利用水质-水动力耦合模型量化江湖关系改变对鄱阳湖水动力及水质的影响;应用SWAT模型以及GIS技术,定量估算了江湖关系变化对鄱阳湖入湖营养盐负荷及其典型湿地植被景观格局时空变化的影响;利用现场观测和室内模拟试验研究预测了江湖关系变化对鄱阳湖藻类水华风险的影响,并讨论分析了其影响的重点区域和时段.     

多指标综合评价法在城市湖泊补水中的应用——以南京玄武湖为例

补水是城市湖泊治理的有效手段。为合理地比选城市湖泊补水方案,提出了集水质、水力以及经济指标为一体的多指标综合评价体系,并运用层次分析法(APH)明确了各指标权重,从而进一步构建了补水多指标综合评价法。该法将湖泊补水的各项指标无量纲化处理,消除各指标间的不可公度性,使其能直观地反应各补水方案的优劣性。以南京玄武湖为例,建立了玄武湖指标权重体系,同时运用二维水动力—水质耦合模型计算得到不同补水方案对应的水质、水力指标值,最后利用已建立的多指标综合评价法得到相对较优的补水方案。     

太湖流域水环境污染现状与治理的新建议

太湖流域是我国经济最发达的地区之一,流域社会经济发展迅速,经济总量在全国占重要地位。由于长期以来主要依靠增加资源和劳动力投入,过度消耗自然资源和破坏生态环境来发展经济,已导致生态环境急剧恶化,特别是水体污染与富营养化日趋严重。通过对太湖流域主要湖泊、主要入湖河道及出湖河道野外采样化验分析,掌握了太湖流域河湖水质的最新状况,河湖富营养化的空间分布、河网之间、河湖之间相互关系。研究表明,太湖流域河流、湖泊富营养化现象依然十分严重,湖泊水质优于河道水质,出湖河道优于入湖河道。污染治理措施不足,太湖“零点”行动未从根本上改善太湖水质等是太湖流域水环境污染的根本原因。提出建立太湖流域新的河网水系、治湖与治河相结合、加大引江入湖的力度等治理太湖流域水环境的建议。     

城市景观水体富营养化评价的升半Г型分布指数公式

构建湖泊富营养化评价指标体系,采用升半Г型分布曲线模拟湖泊富营养化发展过程,在对该评价指标体系数据规范变换预处理基础上,通过对升半Г型分布函数进行改进,提出用于湖泊富营养化评价的升半Г型分布指数公式.公式中的参数采用粒子群算法优化后,得到适用于多区域、多项指标的具有通用性和普适性的湖泊富营养化评价公式.为了解成都市典型景观水体氮磷污染特性,分别于2011年和2015年对成都市典型景观湖泊水体进行水体富营养化监测和评价.评价过程表明,升半Г型分布指数公式用于湖泊富营养化评价,消除了评价指标数目多少的限制和区域性评价指标各异性的限制,省去了复杂的编程计算工作,具有一定的理论意义和实用价值,为评价模型的普适化、简单化提供了一条途径.评价结果表明:2015年北湖为中~富营养等级,东湖、南湖、簇锦湖和浣花溪湖为富~重富营养等级.2011年人民公园湖泊处于中~富等级,北湖、名都公园湖泊、东湖处于富~重富等级,塔子山公园湖泊、浣花溪湖处于重富~极富等级.塔子山公园、浣花溪湖、东湖、南湖周边生活小区聚集,主要受周边生活污水影响较大.通过对成都市市区典型湖泊富营养化评价,能够得知成都市景观水体水质现状,为景观水体防治和管理提供了决策依据.     

深圳荔枝湖富营养化综合治理工程效果研究

分析和比较了深圳荔枝湖综合治理工程运行9个月内不同湖区水体的叶绿素a、总磷、总氮及透明度的变化,探讨了综合治理工程对城市富营养化湖泊荔枝湖的水质改善情况.结果表明,治理工程运行期间全湖湖水营养水平控制在较低水平(总磷＜0.1 mg·L-1,总氮＜1.5 mg·L-1),四湖区藻类水平北湖区(16.77μg·L-1)和东湖区(21.45μg·L-1)较低,南湖区(35.83μg·L-1)、西湖区(32.69μg·L-1)相对较高,全湖水体透明度提高(全湖平均＞0.5 m);治理工程将湖水水质由劣Ⅴ类改善为Ⅳ类,由重富营养化水平改善为富营养化水平.     

生态动力学模型在太湖水质模拟中的应用

考察了西澳大利亚大学水研究中心开发的生态动力学模型CAEDYM与三维水动力模型ELCOM的耦合模型在太湖的应用效果,用该模型模拟了2005年5月~6月太湖的水温、总氮、硝氮、氨氮、总磷、磷酸盐、叶绿素a,通过实测数据进行参数率定。并用2005年8月的实测资料作为初始条件,9月的模拟资料与实测资料进行对比,对模型进行了验证。结果显示模型较好地模拟了太湖的水质变化和分布。