本文關(guān)鍵詞：汾河水庫富營養(yǎng)化演變機(jī)理研究

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【摘要】：北方干旱地區(qū)的水庫具有多項(xiàng)功能,如防洪、灌溉、城市供水等,受天然徑流補(bǔ)給不足、納污量大影響,近年來富營養(yǎng)化問題時(shí)有發(fā)生,因此,對(duì)其進(jìn)行富營養(yǎng)化控制研究具有重要意義。本文以汾河水庫為研究載體,將水動(dòng)力模型、物質(zhì)輸移擴(kuò)散模型、富營養(yǎng)化生命過程相結(jié)合,建立起富營養(yǎng)化耦合模型,從實(shí)際水文、氣候、氣象條件出發(fā),模擬分析葉綠素a、透明度、總氮、總磷等因子的輸移擴(kuò)散規(guī)律及時(shí)空分布規(guī)律,從而掌握汾河水庫富營養(yǎng)化的演變機(jī)理。研究成果具有一定的理論意義和實(shí)用價(jià)值。研究成果如下:(1)針對(duì)北方干旱地區(qū)水庫的共性,應(yīng)用系統(tǒng)化的思想方法,利用GIS技術(shù)進(jìn)行邊界數(shù)字化,采用三角網(wǎng)格建立平面網(wǎng)格系統(tǒng),差值獲取并導(dǎo)入水深文件,經(jīng)三角內(nèi)插及邊界外延生成數(shù)值地形;再經(jīng)差值獲得時(shí)間序列;之后將水動(dòng)力模型與物質(zhì)輸移擴(kuò)散模型進(jìn)行一次耦合,再與一系列復(fù)雜的富營養(yǎng)化生命過程進(jìn)行二次耦合,生成水庫富營養(yǎng)化耦合模型;以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行多次參數(shù)率定與驗(yàn)證獲取最佳參數(shù)組合,模擬分析水庫水體中各種營養(yǎng)物質(zhì)的輸移擴(kuò)散及時(shí)空分布規(guī)律,最終形成了一套定量化研究干旱地區(qū)水庫富營養(yǎng)化問題的技術(shù)方法體系。(2)分析確定風(fēng)、進(jìn)出水為水動(dòng)力的主要影響因子;利用區(qū)域氣象資料、入庫徑流量及水庫實(shí)際運(yùn)行工況等,通過插值獲得相應(yīng)時(shí)間序列,進(jìn)行水庫水動(dòng)力模擬;選取總氮(TN)、總磷(TP)、葉綠素-a(Chl-a)、透明度(sd)作為輸出因子,進(jìn)行水庫富營養(yǎng)化模擬,以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了模型參數(shù)率定與模型驗(yàn)證。(3)水動(dòng)力模擬分析得:1)不同進(jìn)水條件僅對(duì)入庫口附近水體的流速影響較為明顯;2)放水和不放水兩種情況下,水庫下游及壩址附近水體流速的變化較為明顯;3)風(fēng)場(chǎng)對(duì)水庫水體運(yùn)動(dòng)的流速及流向的影響都較為明顯。靜風(fēng)條件下,水庫水體整體流速較小,且流向差異不大;而西南風(fēng)和西北風(fēng)條件下,水流流速明顯增大,流向的差異性也較大;4)西北風(fēng)條件下水體流速整體大于西南風(fēng);5)水庫寬廣區(qū)域由于易形成環(huán)流,水流流速明顯大于其它區(qū)域。可見,對(duì)于汾河水庫來說,風(fēng)場(chǎng)條件是影響其水動(dòng)力狀況的首要驅(qū)動(dòng)因子,風(fēng)生流是其流場(chǎng)的主要流動(dòng)形式。(4)富營養(yǎng)化模擬分析得:1)水庫內(nèi)葉綠素濃度從3月份開始呈上升趨勢(shì),7、8月濃度達(dá)到峰值,期間有短暫的波動(dòng)變化;9月以后,隨著溫度的下降,葉綠素濃度也呈逐漸下降的態(tài)勢(shì);2)5月左右tn、tp濃度有明顯下降,但營養(yǎng)物質(zhì)的濃度并沒有一直下降,7-8月濃度達(dá)到峰值;10月以后氮、磷的濃度再次下降,而11月左右由于浮游植物的死亡和分解其濃度又略有上升;之后,tn和tp濃度變化微小,呈現(xiàn)緩慢下降的態(tài)勢(shì);3)進(jìn)出水條件相同時(shí),風(fēng)向不同,營養(yǎng)物質(zhì)的輸移擴(kuò)散作用也不相同,擴(kuò)散速度西南風(fēng)西北風(fēng)靜風(fēng)。4)上游來水短時(shí)間內(nèi)對(duì)水庫水體起到?jīng)_刷凈化作用,使其透明度整體有所提升,但高濃度營養(yǎng)物質(zhì)的輸入又造成水庫水質(zhì)的惡化,水庫中上游區(qū)域的反應(yīng)尤為明顯。5)高濃度的營養(yǎng)物質(zhì)隨上游來水進(jìn)入庫區(qū)后,水庫中心區(qū)域的污染物擴(kuò)散較快,而兩岸的擴(kuò)散相對(duì)較慢,稀釋擴(kuò)散范圍也更小,導(dǎo)致岸邊水質(zhì)比中心水質(zhì)略差。(5)根據(jù)模擬因子,建立評(píng)價(jià)模型,確定分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)各特征點(diǎn)的營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算,并生成水庫整體營養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)圖,結(jié)果表明:12~3月期間,汾河水庫整體處于中營養(yǎng)狀態(tài),且下游情況相對(duì)較好;其余時(shí)段情況較差,尤其是水庫中上游區(qū)域,在4~6月及10~11月期間,該區(qū)域處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài);全年中,7月和8月情況最差,水庫中上游部分區(qū)域已發(fā)生明顯的富營養(yǎng)化,即中度富營養(yǎng)化。從營養(yǎng)物質(zhì)、水文、氣候、氣象等條件對(duì)水庫富營養(yǎng)化機(jī)理進(jìn)行分析知,在汾河水庫富營養(yǎng)化的演變過程中,水溫、風(fēng)場(chǎng)及進(jìn)出水條件是影響力較大的三類驅(qū)動(dòng)因子,P是首要的內(nèi)源限制因素,其濃度普遍超過國際上通行的湖庫富營養(yǎng)狀態(tài)磷負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)(0.02mg/L)的1~5倍。本文將水動(dòng)力模型、輸移擴(kuò)散模型和復(fù)雜的生物過程進(jìn)行融合建立富營養(yǎng)化耦合模型,選取四類最具代表性的因子對(duì)汾河水庫富營養(yǎng)化狀況進(jìn)行模擬,采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法從時(shí)間和空間兩方面對(duì)水庫的營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行了全方位評(píng)價(jià)與分析,研究成果具有一定的新意,可為汾河水庫的污染治理及富營養(yǎng)化控制提供一定的技術(shù)參考。
【關(guān)鍵詞】：北方地區(qū) 汾河水庫 飲用水源 富營養(yǎng)化耦合模型 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X524
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 概述14-24
• 1.1 引言14-15
• 1.1.1 研究背景14-15
• 1.1.2 研究目的與意義15
• 1.2 研究現(xiàn)狀15-20
• 1.2.1 水動(dòng)力模型15-16
• 1.2.2 水質(zhì)模型16-17
• 1.2.3 富營養(yǎng)化機(jī)理17-18
• 1.2.4 富營養(yǎng)化模型18-20
• 1.3 內(nèi)容與技術(shù)路線20-24
• 1.3.1 研究內(nèi)容20-21
• 1.3.2 技術(shù)路線21-24
• 第二章 水庫基礎(chǔ)理論24-42
• 2.1 水庫水流特征24
• 2.2 水庫水質(zhì)特點(diǎn)24
• 2.3 水庫水動(dòng)力模型24-27
• 2.3.1 三維水動(dòng)力模型25-27
• 2.3.2 二維水動(dòng)力模型27
• 2.4 水庫水質(zhì)模型27-28
• 2.4.1 三維水質(zhì)模型27-28
• 2.4.2 二維水質(zhì)模型28
• 2.5 水庫富營養(yǎng)化主要生命過程28-42
• 2.5.1 浮游植物碳28-30
• 2.5.2 浮游植物氮30-31
• 2.5.3 浮游植物磷31
• 2.5.4 葉綠素a濃度31-32
• 2.5.5 浮游動(dòng)物32-33
• 2.5.6 腐質(zhì)碳33-34
• 2.5.7 腐質(zhì)氮34-35
• 2.5.8 腐質(zhì)磷35
• 2.5.9 無機(jī)氮35-37
• 2.5.10 無機(jī)磷37-38
• 2.5.11 溶解氧38-39
• 2.5.12 底棲植物碳39-42
• 第三章 耦合模型構(gòu)建42-58
• 3.1 耦合模型建立42-44
• 3.2 耦合模型求解44-51
• 3.2.1 模型解法44-46
• 3.2.2 模型算法46-49
• 3.2.3 求解數(shù)值的積分方法49-51
• 3.3 模型參數(shù)與定解條件51-58
• 3.3.1 模型參數(shù)51-55
• 3.3.2 定解條件55-58
• 第四章 汾河水庫富營養(yǎng)化數(shù)值模擬58-88
• 4.1 區(qū)域概況58-62
• 4.1.1 地理位置58
• 4.1.2 氣候特點(diǎn)58-61
• 4.1.3 入流與出流方式61-62
• 4.1.4 入流水質(zhì)62
• 4.2 汾河水庫富營養(yǎng)化耦合模型建立62-72
• 4.2.1 邊界范圍確定62-63
• 4.2.2 網(wǎng)格系統(tǒng)建立63-64
• 4.2.3 數(shù)值地形獲取64-65
• 4.2.4 模型元素65-67
• 4.2.5 模型參數(shù)67-72
• 4.3 率定驗(yàn)證72-74
• 4.4 水動(dòng)力模擬及結(jié)果分析74-78
• 4.4.1 水動(dòng)力因子選取74-75
• 4.4.2 結(jié)果圖示75-78
• 4.4.3 結(jié)果分析78
• 4.5 富營養(yǎng)化模擬及結(jié)果分析78-88
• 4.5.1 輸出因子選取78-79
• 4.5.2 結(jié)果圖示79-86
• 4.5.3 結(jié)果分析86-88
• 第五章 汾河水庫富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)及機(jī)理分析88-94
• 5.1 富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)88-92
• 5.1.1 評(píng)價(jià)方法88-89
• 5.1.2 分級(jí)依據(jù)89
• 5.1.3 營養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)89-92
• 5.2 富營養(yǎng)化機(jī)理分析92-94
• 第六章 結(jié)論及建議94-98
• 6.1 結(jié)論94-96
• 6.2 建議96-98
• 參考文獻(xiàn)98-102
• 致謝102-104
• 本人攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文104

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3 孫U，

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