基于IWIND-LR模型的九里河干支流连通的水质影响研究
作者单位：南京大学
学位级别：硕士
导师姓名：钱新
授予年度：2020年
摘 要：平原河网地区社会经济十分发达,但其城市水环境质量承受着巨大压力。随着城市发展,人为干预增加,许多干流和支流之间存在了水闸、泵站等阻隔,导致河道连通性降低,水体连通受阻、置换变缓,容易出现支流污染蓄积等问题,在降雨等情况下带来冲击负荷。研究区域处于太湖流域网地带,选取无锡市九里河干流下游部分河段,约长3km,位于宛山荡上游,地貌平坦,流速缓慢。共有四条支流汇入,且支流大部分存在氮磷超标现象,其中三条支流存在被水闸、泵站和木块等隔断的情况。本研究针对平原河网地区水闸泵站调控下,可能出现的支流污染蓄积问题,构建水质模型,并利用SCS径流曲线法计算相关面源污染输入,利用经过参数率定和模型验证的模型,通过模拟支流与干流之间不同水利条件下的连通情况,综合分析提高区域河网干支流连通性,削减N、P等蓄积污染的可行性,可为优化平原水网区水系结构、制订科学合理的水利工程调度运行方案提供理论支持。本文主要的研究结果如下:(1)干支流氮磷浓度差异明显。干流点位S1、S4、S6和S8的七次采样总氮平均浓度(单位:mg/L)分别为2.72、2.46、2.59和1.86,而支流点位S3、S5和S7的总氮平均浓度分别为3.97、3.47和4.46。干流点位S1、S4、S6和S8的七次采样总磷平均浓度(单位:mg/L)分别为0.17、0.14、0.14和0.16,而支流点位S3、S5和S7的总磷平均浓度分别为0.20、0.22和0.29。在降雨事件中,支流的总氮总磷浓度均有明显上升,而干流变化较小,可能是由于支流点位河流流通不畅,流速较小,在较强降雨条件下收纳了大量面源污染。(2)构建了 IWIND-LR水质模型,模型参数率定的总氮和总磷实测值与模拟值的平均相对误差分别为18.5%和11.0%,模型验证的平均相对误差分别为17.9%和13.4%,通过率定和验证后的模型能够比较准确反映出研究区域的水动力和水质过程。(3)当支流汇入的流量与干流相比较小,支流浓度较干流浓度较低时,支流连通在平时对干流的水质影响较小,而在降雨情景下能够在一定程度上缓解此时产生的冲击负荷,下游点位总氮和总磷的最大浓度分别下降了 10.3%和5.1%。支流汇入附近点位的总氮最大浓度可下降19.0%。(4)支流以不同浓度与干流连通的影响主要表现在,随着支流的总氮、总磷浓度上升,会增加干流点位平时的营养盐浓度,与不连通条件下相比,缓解降雨径流输入的冲击负荷的作用也会较小,甚至会出现浓度反而升高的现象。因此考虑通过支流连通等手段改善干流水质时,需要对支流水质进行较为严格的控制。(5)支流以不同流量与干流连通的影响主要表现在,支流输入浓度与干流相比较低时,当支流流量增大,在大部分时间对干流浓度影响较小,但是当干流流量较小且降雨量较大时,依然能够有效地稀释降雨带来的径流污染。(6)当干流流量较小时或者强降雨产生地表径流污染时,连通较好水质的支流能够比较有效地降低此时干流的污染负荷,并且随着支流流量的增加,水质改善的效果更为明显;随着干流流量的增加,通过干流调水可以有效缓解支流污染带来的冲击负荷,但同时调水增加干流流量时也应充分考虑引水的水质情况。(7)将支流S5徐冲桥港河道修复及干流调水增加流量的方案同时进行,模拟结果表明在干流流量较小的时期,尤其是降雨时,对于总氮和总磷浓度的改善均有较大帮助,总氮总磷最大浓度分别可下降42.4%和11.1%。在对支流进行治理修复的基础上在枯水期进行连通,并适当调水增加干流流量,可以较好地缓解支流污染冲击负荷,为实际工作中考量干支流连通的环境效益并进行相应管理提供了参考。
同方学位论文库