太湖水质时空变化及其对流域降雨增加响应的数值模拟

发布时间：2020-11-05 16:03

　　 本论文以太湖为研究对象,采用数值模拟的方法,通过建立三维水动力-水生态动力耦合模型ELCOM-CAEDYM,针对太湖水质波动变化以及降雨导致大量氮磷营养盐进入太湖等问题,以实测水文和水质数据为基础,采用数值模拟的方法分析了太湖2016年春季(5月份)、夏季(8月份)、秋季(11月份)、冬季(2月份)四个季节水质的时空分布特征,并拟合了太湖流域降雨量与入湖流量之间的相关关系,通过设置不同降雨量情景,模拟各种情景下太湖水质的变化情况,以期了解不同级别降雨量情况下太湖水质的变化规律,并为流域水环境的综合治理提供理论支持。经过模型的率定以及验证过程,在太湖中构建了ELCOM-CAEDYM模型,水温和溶解氧的模拟值与实测值吻合度较高,而对于营养盐总氮和总磷的模拟结果与实测值有一定的偏差,但模拟结果与实测值在变化趋势上具有一致性。研究发现,太湖水温呈现明显的季节变化特征,表现为夏季温度偏高,冬季温度偏低,春秋为过渡季节,在空间上,春季和夏季西部沿岸湖区水体温度略高于东部湖区水体温度,秋季和冬季西南河区温度较西北湖区温度偏低;在时间上,溶解氧的变化呈现冬季高,夏季低的特点,在空间上,西部湖区溶解氧浓度低于同期东部湖区的溶解氧浓度;模型对于总氮的模拟结果表明太湖冬季和春季总氮浓度高于夏季和秋季;对磷而言,夏季总磷浓度最高,秋季总磷浓度最低,太湖总磷浓度全年呈现波动变化,表现为先升高后降低的态势,在空间上,西北部湖区主要受外源输入的影响而出现总氮、总磷浓度峰值。苕溪水系、南河水系和洮滆水系降雨和入湖流量之间关系显著,R2值分别为0.79、0.61和0.7,三个不同水系的预报值都在许可误差的范围之内,苕溪水系和洮滆水系精度等级达到丙级,可用于参考性预报,南河水系的精度等级为丙级以下,只能用于参考性估报,本文设计两种不同级别降雨量的方案中,流域内持续强降雨会增加入湖河口氮的浓度,但磷含量并没有显著增加,此外,流域降雨量的增加对远离入湖河口的水质具有一定程度的稀释作用,从氮磷营养盐对不同级别降雨量的响应来看,建议控制外源氮输入量,从而保证太湖的长远发展。
【学位单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：X524;P333.1
【部分图文】：

暨南大学硕士学位论文第二章 研究区域概况况 2-1）位于东经 119°54′~120°36′，北纬 30°56′~31°34带，地处长江三角洲的南缘，属于长江中下游的一个西以天目山、茅山等山区为界，流域总面积 3.69 万 k占 52.6%、浙江省占 32.8%、安徽省占 0.6%以及上海市内，20%在无锡市内，剩余 10%属宜兴市和常州武 34 km，最宽处可达 56 km，水域面积约 2338 km2，

图 2-4 环太湖河道采样点位图Fig. 2-4 Locations of sampling sites around Lake Taihu数据获取究中涉及到的逐日气象数据（包括大气压、气温、相对湿度、降水、风射）主要来源于 GLEON 太湖站点（31°25′10″N，120°12′50″E）。节主要介绍太湖的地形、地貌、气象、水量状况，通过对太湖流域基本使我们对研究对象有一个更加全面的认识，同时也对太湖主要面临的环的了解，环太湖河道共有 100 多条，为了提高采样工作效率并结合实际行性，本文把环太湖主要入湖河道进行了概化，最终确定了 19 条环湖的常规采样点位。

图 3-1 溶解氧模块结构简图Fig. 3-1 Schematic diagram of the dissolved oxygen module模块模块中，必须参与计算的状态变量有 5 个，分别为 NO3（硝酸盐氮和亚硝酸盐氨氮）、DONL（易分解的可溶态有机氮）、PONL（易分解的颗粒态有机氮）、氮）；可选变量有 6 个，分别为 DONR（难分解的可溶态有机氮）、PONR（难态有机氮）、PIN（颗粒态无机氮）、BIN（细菌体内氮）、ZIN（浮游动物体鱼类体内氮）。氮循环结构示意图如图 3-2 所示。
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本文编号：2871865