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引调型水库水动力—水质—水生态耦合模型构建及预测 ——以茜坑水库为例

引调型水库水动力—水质—水生态耦合模型构建及预测 ——以茜坑...

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作者：刘莉华南理工大学

学位级别：硕士

茜坑水库是深圳市龙华区的引调型水库,作为区内饮用水水源地,库区水质的好坏影响着居民的用水安全。水库封闭且库湾众多、水库长期抽调营养盐浓度超标的东江水入库等特点影响了水库的水环境质量,使得蓝藻水华爆发风险加剧,影响水库水生... 详细信息

茜坑水库是深圳市龙华区的引调型水库,作为区内饮用水水源地,库区水质的好坏影响着居民的用水安全。水库封闭且库湾众多、水库长期抽调营养盐浓度超标的东江水入库等特点影响了水库的水环境质量,使得蓝藻水华爆发风险加剧,影响水库水生态健康。为摸清茜坑水库水环境现状与特性,在查阅大量文献资料的基础上,本研究获取了水库的水文、水质、水生生物等数据,分析了水库的历史水体理化性质以及水生生物群落特征。基于AQUATOX模型特点,探究了EFDC与AQUATOX水动力-水质-水生态模型相耦合的方法。校验成功后,针对茜坑水库,使用2019全年的气象、流量、水质和水生生物等数据模拟全库的水位、流速、水龄、营养盐浓度、浮游植物生物量、浮游动物生物量以及鱼类生物量。结合模型模拟结果,对茜坑水库进行水生态状况的分析,同时基于耦合模型对未来气候改变下水库水生态状况进行了一定的预测与分析。模拟结果方便水库管理部门对水库进行针对性的管理,模型也能够预测水库在气候变化下的生态状况。本文主要研究成果如下:(1)成功构建EFDC-AQUATOX三维耦合模型,且三种耦合方案下模型模拟结果基本相同,模型所得水质理化指标的模拟结果与实测值拟合结果较好,五项水质指标的误差均在40%内,证明构建并率定成功的耦合模型能够比较准确地反映茜坑水库水环境整体变化的实际情况。(2)基于EFDC模型模拟的成果,流速与水龄空间差异性显著,与引调型水库形态以及水库引调水模式相关,流速与水龄成反比,流速越大,水体交换越频繁,水龄越小;水质指标在1～5月以及11～12月时垂向差异显著。表层氨氮浓度小于底层,表层硝酸盐氮以及总氮的浓度大于底层,表层的总磷浓度小于底层,叶绿素a浓度是表层浓度大于底层浓度,藻类生长受营养盐的影响,水质指标变化趋势在时间与空间上均符合实际。(3)基于EFDC-AQUATOX耦合模型模拟的成果,除正颤蚓以外,水生生物的生物量在夏季时空间异质性明显。硅藻生物量总体呈现随时间逐渐增大的趋势,蓝藻与绿藻生物量总体呈现先减小后增大再减小的趋势,年末几乎为零。轮虫、枝角类的生物量总体呈现先减小后增大的趋势,摇蚊在1～2月时生物量有短暂的升高,之后生物量一直呈现出减小的趋势,正颤蚓的生物量从年初开始一直呈现出减小的趋势,两种鲤鱼的生物量从年初开始增长,到9月后基本维持不变。(4)绿藻对太阳辐射强度以及风速变化最敏感,硅藻最不敏感,蓝藻的变化更具有规律性,蓝藻以及枝角类生物量受风速影响大,当茜坑水库区域的风速处于2.6m/s～5.8 m/s时,风速与蓝藻、枝角类生物量成正比。水温在0.1℃～0.5℃的变化幅度时,不会影响水库生态系统的演变规律。硅藻生物量与水温成反比,蓝藻、绿藻生物量与水温成正比,蓝藻对水温变化更敏感;轮虫、枝角类生物量与水温成正比,轮虫对水温变化更敏感;正颤蚓生物量变化微小,生物量与水温成正比,相较于浮游动物,底栖动物对水温变化更不敏感;鱼类对水温变化不敏感,鱼类生长主要是受其余水生生物的生物量变化的影响。(5)根据模型计算结果,2020年、2021年、2022年茜坑水库的水生生物的生长规律不会发生改变,与2019年相比,2020年硅藻、正颤蚓、鲤鱼的生物量会增加,枝角类、摇蚊的生物量会减小;2021年正颤蚓、鲤鱼的生物量会增加,蓝藻、绿藻、轮虫、枝角类、摇蚊的生物量会减小;2022年硅藻、绿藻、轮虫、正颤蚓、鲤鱼的生物量会增加,蓝藻、枝角类、摇蚊的生物量会减小。硅藻生物量会随水温升高而降低,蓝藻、绿藻、轮虫、正颤蚓生物量会随水温升高而增加。

关键词：引调型水库 EFDC模型 AQUATOX水生态系统模型耦合模型水生态预测

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