基于EFDC模型的深圳湾水环境模拟与预测研究

摘要

作为地表水体污染物的最终归宿,河流海湾水体污染一直是控制的难点。由于深圳湾为深港两地所共有,水环境污染的加剧对两大城市的发展都会产生极大的不利影响,其水污染、水质改善与生态保护等问题倍受深港两地的关注。建立深圳湾水环境数值模型,对于深港两地的水环境信息管理、水体质量评估和突发水环境污染事故的应急对策都具有重要作用。
　　 本文基于EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)模型,在深圳湾流域深港双方各河流流域污染负荷研究成果的基础上,针对深圳湾流域建立了深圳湾水环境模拟预测模型。具体开展以下3个方面工作:
　　 1.基于EFDC模型,针对深圳湾流域多污染源和复杂边界条件,建立了深圳湾水环境信息管理系统。水动力过程和水质指标模拟和实测结果基本一致,该结果表明,该系统可以用来分析预测深圳湾水环境变化。该系统不仅可以模拟分析深圳河湾水系的水动力过程及主要污染物的迁移转化与分布特征,还可以管理水环境信息,如实时可视化显示污染源分布(深圳湾流域共有52个点源污染源)和污染物浓度特征等信息。
　　 2.采用深圳湾水环境模型进行了深圳湾未来规划年水质预测和突发性水环境污染事故下的水质预测。
　　 根据对未来污染负荷的估算成果,对深圳湾水系未来常态下水质进行预测,结果表明:在对深圳湾污染源的治理措施和减排规划下,内湾的水质会逐步改善,其中2005到2010年的改善尤为明显,内湾BOD5的平均浓度下降37.53％～41.82％,NH4-N的平均浓度减少37.94％～45.44％;而外湾水质改善不明显。
　　 模拟深圳湾流域内突发性水环境污染事故状态下未来水质状况,对事故影响程度及不同应急措施的效果进行分析,为选择符合社会经济最优化的应急措施提供有效的科学支持,避免了决策者主观因素产生的盲目性,提高了应对突发性水环境污染事故的能力。
　　 3.基于TMDL(Total Maximum Daily Load)方法,设计出深圳湾水质改善TMDL计划的具体策略。通过深圳湾水环境模型计算确定深圳湾在满足Ⅲ类海水水质标准(GB3097-1997)条件下BOD5、TN与TP的最大日污染负荷分别为:18t/d、1.3 t/d与0.15t/d,并确定深圳湾流域内各河流流域污染负荷消减率。相较于目前深圳湾相应水质指标的污染负荷而言,不管是在旱季还是雨季、点源还是面源,污染负荷消减率平均达70％左右,污染减排任务艰巨。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 水环境数学模型研究现状

1.2.2 EFDC模型应用概况

1.2.3 TMDL研究进展及动态

1.2.4 深圳湾水环境研究进展

1.3 主要研究内容与技术路线

第2章 深圳湾水系污染负荷与水环境现状

2.1 深圳湾自然地理概况

2.1.1 自然地理及气象潮流条件

2.1.2 集水区内河流概况

2.2 深圳湾污染负荷分析及估算

2.2.1 污染负荷来源分析

2.2.2 现有污染负荷估算

2.3 深圳湾流域水系水质现状

2.3.1 主要河流水质现状

2.3.2 深圳湾水环境现状

第3章 EFDC水动力及水质模型

3.1 控制方程

3.1.1 垂向坐标系

3.1.2 水动力模块控制方程

3.1.3 水质模块中主要质量守恒方程

3.2 模型的离散求解

3.2.1 水动力方程的求解

3.2.2 水质方程的求解

3.3 EFDC模型中主要水质指标及其源汇

3.3.1 主要水质指标

3.3.2 主要水质指标的源汇

第4章 深圳湾水动力过程模拟与验证

4.1 计算区域网格剖分

4.1.1 贴体坐标网格

4.1.2 计算域网格剖分

4.2 水动力模型初边值条件和计算参数

4.2.1 水动力模型开边界条件

4.2.2 水动力模型初边值条件

4.2.3 水动力模型相关计算参数设定

4.3 水动力过程模拟验证和分析

4.3.1 潮位验证及潮汐特征

4.3.2 流速验证及潮流特征

4.3.3 断面流量验证

4.3.4 深圳湾水动力过程模拟分析

第5章 深圳湾主要水质指标模拟与验证

5.1 水质模型初边值条件和计算参数

5.1.1 水质模型开边界条件

5.1.2 水质模型初边值条件

5.1.3 水质模型相关参数率定

5.2 深圳湾水环境自净能力分析

5.2.1 计算方法

5.2.2 计算结果

5.3 水环境质量模拟结果与分析

5.3.1 水质指标浓度验证

5.3.2 水质指标浓度分布特征分析

第6章 深圳湾未来水环境预测与水质改善TMDL计划

6.1 深圳湾未来水质预测

6.1.1 深圳湾未来规划年水质预测

6.1.2 深圳湾未来突发性水环境污染事故的应急预测

6.2 基于TMDL计划的深圳湾水质改善策略

6.2.1 TMDL计划方法及主要内容

6.2.2 基于EFDC模型的深圳湾TMDL计划

第7章 结论

7.1 全文小结

7.2 创新之处

7.3 不足之处及发展方向

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢