土工格室对湖泊内源释放降低效果的研究

摘要

太湖是我国第三大淡水湖泊，具有非常重要的生态环境意义。近年来太湖水体污染问题越来越严重，由湖泊水体富营养化而引发的藻类水华灾害已对当地的居民生活和经济发展造成了十分严重的负面影响，湖泊水体污染问题已经引起了有关部门的高度重视。基于这样的社会背景下，本文在对近年来国内外有关湖泊富营养化成因和藻类水华机理的相关文献阅读和分析的基础上，全面、深入、系统地思考了藻类水华的发生和湖泊富营养化之间的关系，湖泊富营养化和湖泊内源释放之间的关系，以及湖泊内源释放和湖泊水动力作用之间的关系。通过对上述关系的分析与研究，同时借鉴阻沙工程中直立式沙障防治风沙的原理和海岸工程中防波堤的作用原理，提出了一种降低湖泊内源释放的新方法，即通过在湖底使用土工格室来降低大风浪来临时的湖水底层流速，消减水流的能量，进而减弱湖泊底泥的再悬浮程度，达到降低湖泊内源释放的目的。本次研究采用数值模拟的方法对该设想进行了验证与研究，初步探讨了该土工格室不同设计形式和布置方式对湖水底层水流流动的影响。
　　数值模拟结果表明:当流域中有土工格室存在时，流域底层土工格室后方的水流流速会出现明显的降低现象。对土工格室设计形式的研究发现，在流速不变的条件下，流速会随着土工格室的高度增加而降低，但降低幅度逐渐减弱最后趋于平缓。土工格室中间部位大约占总长度40％的区域对流域底层流速降低效果最为明显，是降低流速的显著区域。对土工格室布置方式的研究发现，湖底水流流速每次经过土工格室的阻挡后都会降低，当流速降低到一定程度后，土工格室的阻挡对流速的降低效果将变得不明显，相邻土工格室之间的间距变化只对土工格室附近流域的流速变化有影响，对距离土工格室较远的区域影响甚微。土工格室的不同排列方式对流速的影响效果也是不同的，当土工格室采用交错排列的方式布置时，更能达到大范围降低土工格室后方一定区域内流速的目的。
　　本文对通过将士工格室铺设于湖底，利用土工格室对水流的阻挡作用，来减小湖水底层流速，进而降低当大风浪来临时的湖泊内源释放程度这一方法进行了初步研究，所获得的研究成果可以作为这一领域深入研究的基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 水华治理技术研究现状

1．3 本文研究内容和方法

第二章 土工格室降低内源释放的机理

2．1 藻类水华机理

2．2 内源释放对湖泊富营养化的影响

2．3 水动力作用对内源释放的影响

2．4 土工格室降低内源释放方法的提出

第三章 土工格室降低内源释放的数值模拟方法

3．1 Fluent软件简介

3．2 数值模拟方法

3．2．1 控制方程

3．2．2 离散方法

3．2．3 网格生成技术

3．3 算法验证

3．3．1 计算模型

3．3．2 计算结果讨论

第四章 土工格室设计形式对流速影响的数值模拟

4．1 土工格室对流速的影响

4．1．1 模型的建立

4．1．2 计算结果分析

4．2 土工格室设计形式对流速的影响

4．2．1 土工格室设计高度对流速的影响

4．2．2 土工格室设计长度对流速的影响

4．2．3 土工格室设计厚度对流速的影响

第五章 土工格室布置方式对流速影响的数值模拟

5．1 土工格室的间距对流速的影响

5．1．1 土工格室后方水流的流动情况

5．1．2 土工格室的间距对流速的影响

5．2 土工格室排列方式对流速的影响

5．2．1 整齐排列

5．2．2 交错排列

第六章 结论

参考文献

致谢