浅水型富营养化水库三维水动力及水质数值模拟研究与应用

发布时间：2020-12-14 17:58

　　富营养化被认为是全球水库和湖泊生态系统最普遍和最严重的问题,我国现已成为世界上水库污染和藻类爆发最为严重的国家之一。在富营养化水体中,藻类的大量繁殖是常见的次生生态问题,对供水安全和水源地保护都有着极显著的影响。为富营养化水库水环境治理、生态调控和水库优化调度提供科学指导工具是水库研究的一项紧迫和重要课题。研究和应用水环境数学模型开展水库水动力与水生态数值模拟是研究这一课题的重要手段。2013年,为推进天津建设、明显改善全市生态环境和群众生产生活条件,天津市政府规划并实施了“美丽天津·一号工程”,主要实施“四清一绿”五项行动,其中就包括了清水河道行动,要求坚持控源、截污在先,治污、修河、调水、开源多措并举,构筑与美丽天津要求相适应的水环境体系。作为天津市唯一的饮用水源地,于桥水库流域自然是天津水环境体系的关键一环,由于富营养化严重,水库中近年来发生了较为严重的蓝藻水华,对水库管理和供水安全提出了新的要求,因此对水库富营养化研究显得极其必要。为应对这一挑战,本文以于桥水库为研究对象,建立了三维EFDC水动力和WASP水质耦合数值模型,以及人工神经网络非机理模型来研究水库中水体富营养化,取... 

【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：151 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 水库或湖泊水动力数值模拟研究进展
        1.2.2 水库或湖泊水质数值模拟研究进展
        1.2.3 人工神经网络模型研究进展
    1.4 主要内容与技术路线
    1.5 主要创新点
第二章 水库三维水动力及水质数学模型
    2.1 EFDC三维水动力数学模型
        2.1.1 σ坐标变换
        2.1.2 EFDC模型控制方程
        2.1.3 边界条件
        2.1.4 方程的数值解法
        2.1.5 动量方程的求解
    2.2 WASP三维水质数学模型
        2.2.1 模型概述
        2.2.2 模型基本质量守恒方程
        2.2.3 模型网络结构
        2.2.4 模型基本方程离散
        2.2.5 EUTRO模块
第三章 基于EFDC模型的水库水动力数值模拟
    3.1 研究区域概况
        3.1.1 海河流域概况
        3.1.2 于桥水库概况
        3.1.3 水库监测数据
    3.2 于桥水库三维水动力数学模型
        3.2.1 控制方程及其离散
        3.2.2 边界条件
        3.2.3 初始条件
    3.3 EFDC模型配置
        3.3.1 计算区域网格剖分
        3.3.2 模型开边界条件
        3.3.3 模型初边值条件
        3.3.4 模型中相关计算参数确定
    3.4 模型结果验证与分析
        3.4.1 温度验证
        3.4.2 水位验证
        3.4.3 于桥水库水动力过程模拟分析
    3.5 风场、吞吐流和地形对于桥水库流场影响
        3.5.1 风场对于桥水库流场的影响
        3.5.2 吞吐流对于桥水库流场的影响
        3.5.3 水库地形对于桥水库流场的影响
    3.6 本章小结
第四章 基于EFDC和WASP耦合模型的水库水质数值模拟
    4.1 WASP水质模型与EFDC水动力模型耦合
    4.2 WASP/EUTRO模型配置
        4.2.1 强迫函数
        4.2.2 边界条件
        4.2.3 点源和非点源污染负荷
        4.2.4 模型初值
    4.3 结果验证与分析
        4.3.1 模型相关参数率定
        4.3.2 水质变量浓度验证
    4.4 于桥水库藻类水华成因分析
        4.4.1 水动力条件
        4.4.2 氮磷比与藻类生长关系分析
        4.4.3 无机氮源与藻类生长关系分析
    4.5 模拟情景分析
    4.6 本章小结
第五章 基于人工神经网络模型的水库水质预测和预报
    5.1 人工神经网络模型
        5.1.1 人工神经网络结构
        5.1.2 网络训练参数选择
        5.1.3 数据划分
        5.1.4 输入变量选择
        5.1.5 模型效果评估
    5.2 模型应用配置
    5.3 结果和讨论
        5.3.1 水温模型结果
        5.3.2 总磷模型结果
        5.3.3 叶绿素a模型结果
    5.4 敏感性分析
    5.5 藻类水华的环境控制
    5.6 本章小结
第六章 于桥水库富营养化控制措施探讨
    6.1 外源污染治理工程
        6.1.1 人工湿地系统
        6.1.2 湖滨带建设
        6.1.3 环库截污沟建设
        6.1.4 库区防护工程
    6.2 内源污染治理工程
        6.2.1 底泥疏竣或钝化
        6.2.2 水生生态系统修复
    6.3 流域综合管理措施
        6.3.1 建立水库流域管理条例
        6.3.2 环库居民迁移
        6.3.3 遵化市企业和生活污水处理
        6.3.4 取缔潘家口、大黑汀水库网箱养鱼
        6.3.5 应急措施
    6.4 本章小结
第七章 结论和展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
发表论文及科研情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]人工湿地系统去除农业非点源污染的研究进展及展望[J]. 申军,王顺,张延安.  内蒙古水利. 2013(05)
[2]太湖春季藻类生长的磷营养盐阈值研究[J]. 吴雅丽,许海,杨桂军,朱广伟,秦伯强.  中国环境科学. 2013(09)
[3]湖泊蓝藻水华发生机理研究进展[J]. 马健荣,邓建明,秦伯强,龙胜兴.  生态学报. 2013(10)
[4]人工湿地系统处理北方寒冷地区生活污水中试研究[J]. 李晓东.  安全与环境学报. 2013(02)
[5]国外不同类型湖泊治理思路分析与启示[J]. 宋菲菲,胡小贞,金相灿,余辉.  环境工程技术学报. 2013(02)
[6]大黑汀水库生态环境现状及保护对策[J]. 马权,韩光泽,赵栋华.  海河水利. 2012(06)
[7]不同填料垂直流人工湿地系统的净化能力研究[J]. 吴小凤,邹晓彪,李林锋.  江西农业大学学报. 2012(02)
[8]SWAN和MOHID联合模型在连云港港30万吨级航道建设中的应用[J]. 张娜,杨华,严冰,赵洪波.  水运工程. 2012(02)
[9]基于Markov链的最优化模型在长江水质预测中的应用[J]. 陈启明,陈华友.  安徽工业大学学报(自然科学版). 2011(01)
[10]高盐度湖泊艾比湖风生流三维数值模拟[J]. 韩龙喜,陆东燕,李洪晶,张德敏,张芃.  水科学进展. 2011(01)

博士论文
[1]基于不确定性分析的WASP水质模型研究[D]. 张质明.首都师范大学 2013
[2]湖泊三维水动力水质模型研究与应用[D]. 田勇.华中科技大学 2012
[3]近海与湖泊三维水动力及物质输运的数值模拟研究和应用[D]. 姜恒志.大连理工大学 2011
[4]河流水动力及水质模型研究[D]. 张明亮.大连理工大学 2007

硕士论文
[1]基于Delft3D模型的鄱阳湖水动力模拟研究[D]. 范翻平.江西师范大学 2010
[2]运用Mohid模型对近岸港域波流作用下泥沙运动问题的数值模拟[D]. 张宇.中国海洋大学 2010
[3]基于EFDC模型的深圳湾水环境模拟与预测研究[D]. 陶亚.中央民族大学 2010
[4]基于WASP7的渭河陕西段水质模拟分析研究[D]. 程一曼.西北大学 2008
[5]WASP水质模型应用与DO模型评价[D]. 于顺东.天津大学 2007



本文编号：2916776