城市融雪径流变化下松花江水质的多维响应研究

发布时间：2017-06-22 09:10

  本文关键词：城市融雪径流变化下松花江水质的多维响应研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：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
【学位授予单位】：哈尔滨师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X522
【目录】：

• 摘要7-8
• ABSTRACT8-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究进展11-13
• 1.2.1 水环境数值模型的发展11-12
• 1.2.2 EFDC水动力-水质模型的应用进展12-13
• 1.2.3 春季雪融水对河流的影响研究13
• 1.3 研究内容与技术路线13-15
• 第2章 研究区概况及EFDC模型的构建15-26
• 2.1 研究区概况15-16
• 2.2 EFDC模型概述16-19
• 2.2.1 水动力模块16-17
• 2.2.2 水质模块17-19
• 2.3 研究区流域汇水区的概化19-20
• 2.4 汇水区径流量的计算20-22
• 2.5 研究区河流网格的划分22-25
• 2.6 研究区河流底部地形概化25
• 2.7 本章小结25-26
• 第3章 EFDC松花江哈尔滨市段河流水动力的模拟26-34
• 3.1 水动力模型条件的设定26-28
• 3.1.1 边界条件26-27
• 3.1.2 气象条件27-28
• 3.2 水动力模型的率定28
• 3.3 水动力模型的验证28-29
• 3.4 水动力模拟结果与分析29-33
• 3.4.1 水位变化结果与分析29-30
• 3.4.2 水深变化结果与分析30-31
• 3.4.3 流场及流速变化结果与分析31-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 EFDC松花江哈尔滨市段河流水质的模拟34-46
• 4.1 城市雪融水、雨水径流的污染负荷的计算34-35
• 4.2 水质模型的初始条件35-37
• 4.3 EFDC水质模型的构建37-38
• 4.4 EFDC模型水质参数的率定38
• 4.5 水质模型的验证分析38-42
• 4.5.1 COD浓度的验证38-40
• 4.5.2 NH_3-N浓度的验证40-42
• 4.6 水质模拟结果与分析42-45
• 4.6.1 冰雪消融期及枯、平、丰水期COD浓度的变化分析42-43
• 4.6.2 冰雪消融期及枯、平、丰水期NH3-N浓度的变化分析43-45
• 4.7 本章小结45-46
• 第5章 哈尔滨市区雪融水变化对松花江水质的影响46-57
• 5.1 不同降雪量下城市融雪径流对水质的影响46-51
• 5.1.1 COD浓度的影响分析46-48
• 5.1.2 NH_3-N浓度的影响分析48-51
• 5.2 不同融雪温度下城市融雪径流对水质的影响51-54
• 5.2.1 COD浓度的影响分析51-53
• 5.2.2 NH_3-N浓度的影响分析53-54
• 5.3 遭遇不同程度暴雪城市融雪径流对水质影响的预测54-56
• 5.3.1 COD浓度的预测54-55
• 5.3.2 NH_3-N浓度的预测55-56
• 5.4 本章小结56-57
• 结论57-59
• 参考文献59-63
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文63-65
• 致谢65

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本文编号：471335