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人民珠江 2024年第6期45卷 1-9页

作者：刘晋陈业超丁武张炜李文珠江水利委员会珠江水利科学研究院广东广州510611 中山市堤围管理中心广东中山528499 水利部粤港澳大湾区水安全保障重点实验室广东广州510611 水利部珠江河口治理与保护重点实验室广东广州510611

珠江三角洲河网水系复杂,联围众多,其中以中顺大围水系结构最为复杂、闸泵群联合调度难度最大。为充分挖掘水工程联合调度对水量水质的调控潜力,以中顺大围作为研究对象,构建中顺大围一维水动力-水质耦合模型,实现各闸泵调度方案下的围... 详细信息

珠江三角洲河网水系复杂,联围众多,其中以中顺大围水系结构最为复杂、闸泵群联合调度难度最大。为充分挖掘水工程联合调度对水量水质的调控潜力,以中顺大围作为研究对象,构建中顺大围一维水动力-水质耦合模型,实现各闸泵调度方案下的围内水量水质过程模拟;在此基础上,建立闸泵群联合优化调度模型,实现在不同引换水条件下闸泵群调度方案的最优决策;最后基于水量水质模拟及调度模型研发了中顺大围河网水量水质调度模拟系统,实现中顺大围水动力特性模拟、污染物浓度及水质变化动态模拟、水污染应急调度及过程可视化,形成了中顺大围水系连通下基于闸泵群联合优化调度的水量-水质模拟调控技术体系。基于该系统对2个典型场景进行实例分析,结果表明:在进行优化调度的情况下,调度时段末围内COD和NH3-N的加权浓度分别相比不进行优化调度的情况改善了10.26%和27.27%,调度效果显著,可为中顺大围水量水质调度决策提供可靠的技术支撑。

关键词：复杂河网闸泵群调度水动力-水质模拟模拟系统

基于水动力学的生态浮床水质净化数值模拟研究

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基于水动力学的生态浮床水质净化数值模拟研究

作者：邱兰清天津农学院

学位级别：硕士

北运河武清城区段作为城市景观水体对水环境和水质要求较高,由于河段呈现出缓滞水体的特征,加之近年来随着经济社会的发展,排污口排放、农田面源污染等多源污染聚集,导致水质受到污染。“十三五”国家重大水专项“北运河天津段村镇污染... 详细信息

北运河武清城区段作为城市景观水体对水环境和水质要求较高,由于河段呈现出缓滞水体的特征,加之近年来随着经济社会的发展,排污口排放、农田面源污染等多源污染聚集,导致水质受到污染。“十三五”国家重大水专项“北运河天津段村镇污染控制与河道修复技术研究与示范”课题对北运河武清示范段进行了水环境治理,水质得到一定的改善。本文以北运河武清示范段为研究区域,通过考察调研、资料整合、数据分析,构建了一套二维水动力-水质耦合模型,对研究区域氨氮（NH-N）、总磷（TP）和化学需氧量（COD）浓度进行模拟,并用实测的水质指标值对所构建的模型参数进行率定和验证,在参数验证的基础上,分别制定不同季节的生态浮床组合方案进行水质模拟对比,为北运河示范段的可持续治理提供参考,也为以北运河为例的北方河流水体净化提供理论基础。主要结论如下:（1）通过单因子评价法对北运河示范段的NH-N、TP和COD水质指标浓度进行了分析评价,2019年平均水质为劣Ⅴ类水,2020年平均水质为Ⅴ类水,示范工程前后各取样点年平均水质变化特征符合对数衰减模式。对监测的2019年7-12月和2020年7-12月的各水质指标分析可知,2019年7、8月的NH-N、TP和COD水质指标浓度最大,2020年NH-N、TP浓度较高的为11-12月,COD浓度较高的为7-8月。（2）基于北运河示范段实际地形数据,构建二维水动力河道网格模型,建立北运河武清示范段水质模块。耦合水动力和水质模块,构建北运河武清示范段二维水动力-水质耦合模型。利用2020年7、9、11月各取样点的实测数据对模型参数进行率定和验证,结果表明该模型能够较准确地反映北运河示范段水动力水质变化规律,模型模拟精度较高。（3）在不改变原来示范工程生态浮床占河道比的基础上,对夏、秋、冬三个季节共设置了9个不同生态浮床组合方案进行模拟。根据不同月份污水处理厂排放情况和各水质指标含量分析得出三个季节最优的生态浮床组合方案,将最优生态浮床组合方案与实际示范工程进行对比,夏季净化率效果最佳的是A3方案:生态浮床组合1区布设了水葱700m+美人蕉700m,生态浮床组合2区布设了水葱430m+鸢尾170m,生态浮床组合3区布设了鸢尾200m+千屈菜200m;秋季净化率效果最佳的是B1方案:生态浮床组合1区布设水葱600m+鸢尾400m+美人蕉400m,生态浮床组合2区布设美人蕉300m+鸢尾300m,生态浮床组合3区布设水葱400m;冬季净化率效果最佳的是C2方案:生态浮床组合1区布设千屈菜700m+鸢尾700m,生态浮床组合2区布设水葱600m,生态浮床组合3区布设千屈菜200m+水葱200m。生态浮床净化率的季节性变化表现出秋季最佳,其次是冬季和夏季。（4）对9种生态浮床组合方案下水质进行单因子评价,水质评价结果表明,各生态浮床组合方案在不同季节均显著提升了北运河水质。经过生态浮床组合方案处理后的取样点3、4处的水质指标可以看出,夏季情景为Ⅴ类水,秋季情景为Ⅳ类水,冬季情景为Ⅴ类水,且秋季的去除效果也优于冬季的夏季。

关键词：北运河示范段水质评价生态浮床植物配比水动力-水质模拟

珠江河口岸线及地形变化对生物栖息地适宜性的影响研究

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珠江河口岸线及地形变化对生物栖息地适宜性的影响研究

作者：李欣东莞理工学院

学位级别：硕士

河口作为海陆交汇的核心地带,是生物产量最高的地区之一,通常也是社会经济发展的重要基地。全球60%的人口和70%的城市分布在河口地区。为了满足城市化和工业化的需要,大量人为活动(水利工程建设、围垦养殖、工业生产、港口建设)的开展... 详细信息

河口作为海陆交汇的核心地带,是生物产量最高的地区之一,通常也是社会经济发展的重要基地。全球60%的人口和70%的城市分布在河口地区。为了满足城市化和工业化的需要,大量人为活动(水利工程建设、围垦养殖、工业生产、港口建设)的开展需要依托于河口富庶的自然资源和环境条件,同时也会给河口地区带来严重的压力和负面作用,导致河口生态系统被破坏,生物栖息地缩减甚至消失。目前,针对水利工程引起淡水输入变化,引起河口水动力、水质条件变化,进而影响生物栖息地适宜性的问题,已经开展了大量河口生态流量相关方面的研究,其中栖息地模拟法得到了水力学和生态学专家的热切关注,已经形成了成熟的理论框架和基础方法。然而,当前研究较少以人为活动造就的河口岸线和地形变化为出发点,基于模糊逻辑耦合水动力水质数值模拟,探讨其对生物栖息地适宜性的可能影响。因此,本文以具有高强度人类活动特征的珠江河口为研究对象,利用RS和GIS技术,分析珠江河口的海岸线变迁和水下地形演变过程,并设置不同的岸线和地形变化情景,构建相应的水动力-水质耦合模型,得到河口岸线及地形变化下水动力-水质条件的时空分布特征,最后基于模糊逻辑法结合景观结构分析建立了生物栖息地适宜性评价模型,通过分析珠江河口典型生物适宜栖息地的空间分布、加权可用面积和破碎化程度,以探究珠江河口岸线和地形变化对生物栖息地适宜性的影响机制,研究结果对于河口沿岸城市发展规划和河口生物多样性保护具有重要的意义,也可以为其他受到高强度人类活动影响的河口地区进行相关生境评价提供借鉴和参考。主要结论如下:1.在高强度人类活动影响下,珠江河口的海岸线变化明显,水下地形呈现出“浅滩越浅,深槽越深”的特征。近30年来,珠江河口的海岸线长度增加了74.813km,陆地面积增加了679.253km。截至2017年,人工海岸线的比例已高达80.90%,而自然海岸线的比例仅为19.10%。珠江河口的西滩和东滩地区大部分水深均浅于4m,西槽和东槽地区的最大水深超过20m,中滩地区内伶仃岛附近出现了许多水深超过10米的沙坑。其中,水利工程建设造成的入海含沙量减少是导致珠江河口地区自然海岸线收缩的主要原因;城市化和农业围垦分别是东、西岸人工海岸线扩张的主要原因;采砂挖沙和航道疏浚是珠江河口“两槽”和内伶仃岛附近水下地形不断加深的主要原因。2.本文基于不同时期的岸线和地形数据,基于MIKE 21 FM平台,构建了系列水动力-水质耦合模型,模拟了河口不同岸线、地形条件下的水动力-水质时空变化特征。结果表明河口岸线及地形变化在一定程度上影响了珠江河口水动力、水质时空分布。具体来说,随着地形条件的改变,舢舨洲、内伶仃岛、珠海香洲、深圳机场、桂山岛和东澳岛等站点的潮位变化相对不明显。西槽和东槽地区流速变化较大,西滩和东滩地区流速变化较小,西槽、中滩和东槽地区流向转变明显。从盐度、水温的模拟结果来看,受到岸线和地形变化的影响,珠江河口盐水入侵的现象趋于明显,相对而言河口水温受到的影响有限。3.通过分析野外实地考察获取的生物数据并结合文献资料,选取六种珠江河口的优势种和重要经济种(青蟹、凤鲚、脊尾白虾、棘头梅童鱼、刀额新对虾和红星梭子蟹)作为评价对象,考虑物种的生殖期和仔稚期等关键生活史,选取水深、温度和盐度作为影响栖息地的关键环境要素,构建了不同岸线、地形条件下典型生物栖息地适宜性评价模型。结果表明,在岸线及地形变化影响下,河口典型生物适宜栖息地面积的空间格局发生了明显变化。具体来说,1987年～2017年,六种典型生物的较高适宜度栖息地均沿着河道方向向北延伸;加权可用面积均表现为1987年～2010年减少的趋势,且2017年较前期明显增大的趋势。适应极浅水深低盐度的物种(如青蟹)、适应浅水深低盐度的物种(如凤鲚、脊尾白虾)和适应中水深高盐度的物种(如棘头梅童鱼)的较高适宜度栖息地破碎化程度加剧;而适应高水深高盐度的物种(如刀额新对虾、红星梭子蟹)的较高适宜度栖息地破碎化程度有所改善。此外,进一步对比了岸线及地形变化与入海流量梯度变化下河口典型生物适宜栖息地面积的变化幅度,结果表明与入海流量变化相比,地形及岸线变化对珠江口上述生物适宜栖息地面积的影响更加显著。

关键词：珠江河口岸线及地形变化水动力-水质模拟模糊逻辑法生物栖息地适宜性

城市融雪径流变化下松花江水质的多维响应研究

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城市融雪径流变化下松花江水质的多维响应研究

作者：王宏哈尔滨师范大学

学位级别：硕士

受春季冰雪消融的影响,我国北方地区的融雪径流汇入河流会形成桃花汛,期间河流的水位和流场较其它季节会发生较大变化。与此同时,城市化进程使不透水面持续增加,北方城市融雪径流产生的面源污染负荷也随之增大,从而对流域水环境管理和... 详细信息

受春季冰雪消融的影响,我国北方地区的融雪径流汇入河流会形成桃花汛,期间河流的水位和流场较其它季节会发生较大变化。与此同时,城市化进程使不透水面持续增加,北方城市融雪径流产生的面源污染负荷也随之增大,从而对流域水环境管理和水资源保护产生影响。本论文以松花江哈尔滨段为研究区域,为研究融雪径流对松花江哈尔滨段水动力、水质的时空影响及变化规律,建立数学模型实现水环境的数值模拟。通过环境流体力学代码(EFDC)模型建立了松花江哈尔滨市段水动力水质模型,并以实测水文、水质监测数据进行了模型的参数率定和验证。利用ArcGIS10.0对DEM影像进行矢量化,在Delft3D-RGFGRID中创建正交曲线网格,基于EFDC模型建立了松花江哈尔滨市段二维河流数值水动力模型。模拟了2014年1月至10月间的整个河段不同时空条件下的水动力变化情况,根据2014年实测数据率定和验证,模拟水位与实测水位最大相差0.33m,相对误差小于10%,吻合度高,可以较好的模拟河道水力要素随时间及空间演变的规律。在水动力模型的基础上构建了水质模型,以COD、NH3-N为主要模拟指标对模型进行了参数率定和验证。验证结果显示COD、NH3-N在三处断面的平均误差、绝对平均误差、相对误差、均方根误差、相对均方根误差平均值分别为0.547、0.989、5.013%、1.169、19.302%和-0.043、0.1、16.951%、0.128、14.482%。根据本文建立的水动力-水质模型,模拟了基于降雪量增加20%、40%、60%三种情景下,冰雪消融期整个江段的COD浓度在18.67-21.29mg/L、18.71-21.65mg/L、18.75-22.04mg/L之间,NH3-N浓度在0.39-1.18mg/L、0.41-1.39mg/L、0.45-1.62mg/L之间。基于融雪温度增加3℃和6℃两情景下COD的最大浓度徘徊于21.89mg/L和22.47mg/L左右,NH3-N的最大浓度徘徊于1.72mg/L和2.01mg/L左右。在暴雪的降雪量高于65mm时,各断面的COD浓度都高于20mg/L,为IV类水质,并呈现加速上升趋势。在暴雪降雪量高于83.4mm时,除上游何家沟口,其余各断面的NH3-N浓度均高于2mg/L,为劣V类水质。

关键词： EFDC 冰雪消融期松花江哈尔滨段水动力-水质模拟

基于EFDC模拟的污水泄露事件对松花江哈尔滨段水质影响研究

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基于EFDC模拟的污水泄露事件对松花江哈尔滨段水质影响研究

作者：范一鸣哈尔滨师范大学

学位级别：硕士

近年来,河流突发性污染事件频繁发生,给社会经济带来了巨大损失的同时,对生态环境影响严重,已经成为我国用水安全、水生态和水环境质量的一个巨大威胁,引起了社会的广泛关注。基于此,本文以松花江哈尔滨段为研究对象,在污染源确定的基础... 详细信息

近年来,河流突发性污染事件频繁发生,给社会经济带来了巨大损失的同时,对生态环境影响严重,已经成为我国用水安全、水生态和水环境质量的一个巨大威胁,引起了社会的广泛关注。基于此,本文以松花江哈尔滨段为研究对象,在污染源确定的基础上,运用数学模拟方法对突发性水污染风险进行了研究,本文主要研究内容和结论如下:以松花江哈尔滨段为研究区域,主要研究流域径流对松花江哈尔滨段水动力、水质的时空影响及变化规律,通过建立数学模型实现水环境的数值模拟。通过环境流体力学代码(EFDC)模型建立了松花江哈尔滨市段水动力水质模型,并以实测水文、水质监测数据进行了模型的参数率定和验证。利用ArcGIS10.0对DEM影像进行矢量化,在Delft3D-RGFGRID中创建正交曲线网格,基于EFDC模型建立了松花江哈尔滨市段二维河流数值水动力模型。模拟了2015年1月至10月间的整个河段不同时空条件下的水动力变化情况,根据2015年实测数据率定和验证,模拟水位与实测水位最大相差0.32m,相对误差小于10%,吻合度高,可以较好的模拟河道水力要素随时间及空间演变的规律。在水动力模型的基础上构建了水质模型,以COD、NH-N为主要模拟指标对模型进行了参数率定和验证。本论文考虑了模拟释放污染物位置的特殊性,释放浓度的贴近实际性,采用EFDC模型,模拟了污染物在进水口阿什河下游不同时间的扩散情况。通过分析结果,不同释放点污染物扩散波及速率都表现为先快后慢,距离污染物释放点越远其浓度上升得越慢;还可以观察到污染物点源基本按照以投放点为中心向周边均匀扩散的特征。利用Microsoft Access数据库,将水质属性数据和空间数据分类入库,并与GIS关联,为可视化提供支持。

关键词： EFDC 水动力-水质模拟污染事件可视化