【摘要】：三峽水庫蓄水后,長江支流香溪河庫灣富營養(yǎng)化呈上升趨勢,水華現(xiàn)象逐漸成為直接影響三峽庫區(qū)水環(huán)境質(zhì)量與水生態(tài)安全的關(guān)鍵因素。為了深入研究其富營養(yǎng)化的發(fā)生機(jī)理,近年來許多學(xué)者開展了大量水質(zhì)數(shù)值模擬研究工作。水質(zhì)數(shù)學(xué)模型需要大量的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)作為支撐,但大范圍、高密度、長時間的水質(zhì)監(jiān)測難度較大。隨著水質(zhì)遙感反演技術(shù)的發(fā)展,構(gòu)建基于遙感的水質(zhì)模型,生成連續(xù)全覆蓋的高質(zhì)量水質(zhì)數(shù)據(jù),對香溪河的水質(zhì)進(jìn)行模擬和預(yù)報,具有重大的科學(xué)意義和實踐價值。本文以香溪河庫灣為研究對象,基于香溪河的水質(zhì)時空特征和水體光譜特征,構(gòu)建了香溪河水質(zhì)衛(wèi)星遙感反演模型和香溪河水動力水質(zhì)模型,通過比較分析兩者的模擬結(jié)果,提出了將水質(zhì)遙感和水質(zhì)模型有機(jī)結(jié)合的方法,旨在提高水質(zhì)模型的模擬精度,為香溪河富營養(yǎng)化研究提供數(shù)據(jù)支撐。論文的主要工作和結(jié)論包括:(1)采用單因子評價法、綜合污染指數(shù)評價法、比對法等多種方法,對香溪河水質(zhì)進(jìn)行了分析評價,結(jié)果表明:香溪河各采樣點均存在不同程度的污染情況,水質(zhì)總體水平處于Ⅳ類;2010年香溪河各水質(zhì)指標(biāo)濃度時空差異顯著,從時間和空間上的連貫性來看,2010年7月～8月香溪河暴發(fā)了水華;總氮含量在空間分布上基本表現(xiàn)為下游高,上游低,源于長江干流倒灌;總磷濃度在時間上分布均勻,全年濃度變化不大,在空間上總磷濃度基本分布趨勢為上游高,下游低,源于香溪河的磷礦開采、存儲和運(yùn)輸。(2)基于現(xiàn)場表觀光譜和同步水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù),監(jiān)測和分析了香溪河的水體光譜特征,并對葉綠素、總氮、總磷和硅酸鹽濃度與光譜之間的相關(guān)關(guān)系作了進(jìn)一步研究,結(jié)果表明:香溪河水體具有明確的光譜特征,能夠比較方便、準(zhǔn)確地實施葉綠素的遙感反演,而對于非水色水質(zhì)指標(biāo),則可通過葉綠素等指標(biāo)間接反演。(3)以Landsat衛(wèi)星影像和實測水質(zhì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),通過分析水質(zhì)指標(biāo)與波段及波段組合的相關(guān)性,利用線性回歸模型,構(gòu)建基于衛(wèi)星影像的香溪河水質(zhì)反演模型,對其進(jìn)行可靠性和容錯性分析并應(yīng)用該模型獲得香溪河水質(zhì)指標(biāo)的空間分布圖。研究結(jié)果表明:構(gòu)建的香溪河水質(zhì)反演模型精度較高,水質(zhì)空間分布總體趨勢與實際情況一致,并能在一定程度上反映磷礦倉庫碼頭和居住區(qū)等點源污染位置。(4)構(gòu)建了香溪河三維水動力模型,選取2010年的兩個時段對三維水動力模型進(jìn)行率定和驗證,率定期和驗證期的流速和水溫模擬效果都較好,能夠反映香溪河庫灣在垂向上分層流動的水動力特性。有風(fēng)狀態(tài)下香溪河口各層水體流向與無風(fēng)狀態(tài)一致,表層水體流速受風(fēng)場的驅(qū)動作用更顯著,中層、底層流向與表層相反,受風(fēng)場驅(qū)動作用較小。(5)構(gòu)建了香溪河三維水質(zhì)模型,同樣選取2010年兩個時段的資料對水質(zhì)模型進(jìn)行參數(shù)率定和模型驗證,模型可較好地模擬香溪河的總氮、總磷濃度的變化趨勢,總體來說,所建立的水質(zhì)模型可用來表征2010年水體總氮、總磷含量的變化,其中總磷和葉綠素的模擬精度相對總氮的模擬精度高些,平均相對誤差在25%以內(nèi),模擬結(jié)果可以接受。(6)通過對比分析香溪河庫灣水質(zhì)指標(biāo)的遙感反演和數(shù)值模型兩者的模擬結(jié)果,從初始條件和邊界條件這兩個方面,提出了將水質(zhì)遙感反演結(jié)果耦合到水質(zhì)模型模擬中的方法,并將該耦合模型應(yīng)用于香溪河的水質(zhì)模擬中,結(jié)果表明:與遙感反演結(jié)果耦合后的水質(zhì)模型模擬結(jié)果精度有所提高,在空間上既能夠反映出香溪河兩側(cè)磷礦、居民區(qū)等對水質(zhì)造成影響的真實情況,又能過反映出香溪河水質(zhì)的時空變化過程,相較于單獨(dú)的水質(zhì)遙感反演結(jié)果和水質(zhì)模型模擬結(jié)果,總體效果有所改善。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X87;X832

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2288520