明渠中有机质微粒沉降过程的随机游走模拟

基于明渠流动的主要特点,考虑紊动强度的垂向非均匀性,及颗粒运动的游荡效应（loitering effect）影响,对微粒运动基本方程进行改进,建立了明渠非均匀紊流中考虑游荡效应的随机游走模型,对明渠中微粒的沉降损失进行了模拟分析.模拟结果显示,不考虑游荡效应影响时,明渠中微粒的沉降损失率可用微粒沉速与水深之比计算;而在游荡效应影响下,微粒沉降损失率会发生约18%~27%的下降,下降百分比与均匀紊流中微粒沉速在游荡效应影响下的折减百分比渐近值（19~25%）基本一致.本文结论基于不考虑微粒重悬浮、游荡效应为紊流对微粒沉降的主导影响机理等前提,主要适用于对明渠中细小有机质微粒沉降至床底过程更准确的计算分析.     

梯级电站作用下牡丹江底栖动物沿程变化规律

水电站运行影响河流的栖息地环境,进而影响底栖动物群落结构,从而对河流生态健康造成影响.基于牡丹江镜泊湖电站至石岩电站江段的底栖动物采样数据,分析该江段的底栖动物沿程变化规律以及梯级水电站群对水生态环境的影响.结果表明,梯级电站的运行对研究江段的多种生境因子造成了影响,改变了江段内底栖动物的群落结构.在电站的上游和下游,底栖动物群落结构差别明显,其中,电站下游环境敏感种的数量多于上游.相比坝式水电站,引水式水电站对底栖动物的影响较小.空间上来看,电站运行影响沿程逐渐减弱,底栖动物的密度和丰度呈现沿程增加的趋势.     

藻类光竞争模型构建及水体紊动对竞争的影响

光是藻类进行光合作用的重要能量来源,决定藻类的初始生产力,当多种浮游藻类共同生存时,会一起竞争光强.光竞争能力强的浮游藻类浓度增加,光竞争能力较弱的则减少,从而完成水体中浮游藻类优势藻的替代.本文通过在以往建立的单藻模型的基础上,耦合入竞争模型,构建两种（多种）浮游藻类光竞争模型,尝试通过数值模拟,研究不同水体紊动中竞争藻属分别取得竞争优势的机理.模拟结果表明：稳态水体中,竞争藻属的自身垂向迁移决定藻浓度的垂向分布,具有浮力调节能力的微囊藻属占据上层水体优势地位,并取得竞争优势;动态水体中,竞争藻属垂向分布均较为均匀,生长速率决定藻的竞争优势,小球藻属生长速率快,最终易取得竞争优势.此外,考虑浮游藻属的动态自遮蔽,会加速稳态水体中微囊藻属取得竞争优势,并限制动态水体中小球藻属的无限制生长,使得模拟结果更加符合实际情况.     

梯形渠道岸边排污浓度分布的理论分析

从无限区域圆形瞬时源扩散的浓度分布公式人手,推导出梯形区域内瞬时线源扩散的近似浓度计算公式,进而得到了梯形渠道岸边排污的浓度分布公式计算公式表明,边坡倾角对污染物的浓度分布影响较大,浓度值随边坡倾角的增加而减小,近似遵循双曲线的递减规律.浓度分布解析解得到了扩散方程数值解的良好验证,两者在污染源附近有所差异,但随着距污染源距离的增加,计算结果愈加吻合,该解析公式可为天然河流岸边污染混合区的污染物浓度估算提供有力的工具.     

太湖五里湖湾富营养化进程的模型研究

建立了一个浅水湖泊生态模型,将自然环境概化为大气、水体和底泥三相,共涉及10个变量,试图揭示变量相互关联,影响水体富营养化进程的变化规律.通过五里湖1998年实测资料对模型的关键参数进行率定,再模拟1997～2000年间的富营养化逐日演变过程.计算结果与实测数据较为一致,显示气象条件和营养盐对藻类的生长起决定性的影响,藻类的生长高峰出现在夏季;有机物和悬浮物质等相关变量则受藻类生长的影响,均呈现季节性的变化规律.     

明渠中有机质微粒沉降过程的随机游走模拟

基于明渠流动的主要特点,考虑紊动强度的垂向非均匀性,及颗粒运动的游荡效应（loitering effect）影响,对微粒运动基本方程进行改进,建立了明渠非均匀紊流中考虑游荡效应的随机游走模型,对明渠中微粒的沉降损失进行了模拟分析.模拟结果显示,不考虑游荡效应影响时,明渠中微粒的沉降损失率可用微粒沉速与水深之比计算;而在游荡效应影响下,微粒沉降损失率会发生约18%~27%的下降,下降百分比与均匀紊流中微粒沉速在游荡效应影响下的折减百分比渐近值（19~25%）基本一致.本文结论基于不考虑微粒重悬浮、游荡效应为紊流对微粒沉降的主导影响机理等前提,主要适用于对明渠中细小有机质微粒沉降至床底过程更准确的计算分析.     

微囊藻属一日内垂向分布的数值模拟

将水质模型与微囊藻属浮力调节模型相结合,建立微囊藻属垂向浓度分布模型,该模型不仅保留了以往模型的优点且改进了以往模型的不足,如考虑了微囊藻群体的直径大小及微囊藻属的浮力调节能力.模型结果与荷兰的Vinkeveen湖的实际测量数据吻合良好.此外,模拟结果也表明:微囊藻属在垂向的分布受水体紊动程度影响显著.微囊藻群体的最大浓度并不在水体表面,而是在水下一定深度处.小尺寸群体微囊藻群体(20~50μm)在水深方向的分布比大尺寸群体(100~200μm)更加均匀.日落后,微囊藻属会因为密度减小上浮至水面,反之,白日里,微囊藻属密度增加向水底方向下沉,因此日出前水面的微囊藻属浓度高于日落前的水面浓度.     

牡丹江中游底栖动物分布及其与栖境因子的关系

2013年秋季对牡丹江中游的3条河流(牡丹江、蛤蟆河、卧龙溪)150km河段进行大型底栖动物野外采样,共采集到大型底栖动物18种,隶属于3门5纲11目16科,其中昆虫纲(Insecta)、腹足纲(Gastropoda)和寡毛纲(Oligochaeta)物种居多.通过典范对应分析(CCA),研究大型底栖动物群落结构与主要的栖息地环境因子之间的相关关系,并通过香农-威纳(Shannon-Wiener)指数等生物多样性指数分析评价河流等级对物种多样性的影响.研究表明,流速、溶解氧、底质中的砾石含量是牡丹江中游影响大型底栖动物分布的关键栖息地环境因子,河流等级对底栖动物群落结构有一定影响,牡丹江干流底栖动物物种多样性高于支流,平均生物密度低于支流,且河流间等级差距越大,差异越显著.     

三峡水库水质模型的选取和系统集成

水环境信息系统与水质模型在水环境保护中具有互为补充的作用,将它们有机结合,对水环境的预测和管理具有重要意义。根据三峡水库水污染控制的特点和水环境管理的需要,选取了5个不同的水质模型,在讨论水质模型不同集成模式的基础上,采用半紧密内嵌集成模式实现了所选水质模型与三峡水库水环境管理信息系统的有效连接。最后以分层三维模型为例,通过开发水质模型的前处理模块、后处理模块以及计算模型接口模块,完成了模型与三峡水库水环境管理信息系统的集成,并将集成后的水质模型成功应用于三峡水库万州段水流及水质的预测模拟。结果表明,通过GIS、数据库、图形界面等技术手段,实现了水质模型数据准备的自动化和计算结果快速分析,它不仅增强了系统的水质预测和分析能力,还强化了水质模型的易用性,提高了模型的应用范围和预测效率,为库区的水污染控制和水环境保护提供了有力的技术支持。