浅水通航湖泊水动力特征及其水环境评价分析

摘要

浅水湖泊在长江流域及水量丰沛的平原地区大量存在，具有饮用水源地、渔业养殖、灌溉、旅游、航运、防汛等多种功能，对经济、社会的可持续发展有着十分重要的意义。迄今对湖泊水流、水质进行了大量的研究，提出了许多具有实用价值的研究结果。近年来水上交通体现出其重要性，船舶的数量和吨位也相应迅猛增长，船舶所排放的含油污水严重破坏了水体的环境，研究油污在水体中的迁移变化成为目前的一个热点问题。阳澄湖作为浅水通航湖泊，担负提供苏州地区饮用水的重任，同时是重要的水产养殖基地。本文以阳澄湖为例，研究浅水通航湖泊水动力特征及有机污染物和含油污水在流场中的输移扩散，对保护阳澄湖水质有很重要的现实意义。 本文依据2005年12月和2006年6月份的实测资料，对阳澄湖水质现状进行评价。利用Delft 3D软件首次建立阳澄湖三维水流、二维水质数值模型，模型计算结果与实测值吻合较好。 水质现状评价结果表明：阳澄湖湖体水质最好的为中湖，其次为东湖，西湖水质最差。评价结果显示阳澄湖已经处于富营养状态，属于轻度富营养状态和中度富营养状态之间。 流场模拟结果表明：(1)无风时阳澄湖水体流动为典型的吞吐流，水平流速垂向对数分布，表现为河相。风向与流向相同时，阳澄湖湖流流速增加，流态分布与无风时相似，水平流速垂向对数分布，表现为河相。当风向与无风流向相反时，表层流向与风向一致，中层流态混乱，底层流向与表层相反。水平流速垂向分布混乱。(2)阳澄湖湖体之间有数条通道相连。冬季无风、冬季有风、夏季无风、夏季有风工况整个湖体完成水量交换分别需要16天、13天、19天、29天左右的时间。(3)风生流模拟结果表明：阳澄湖风场作用6～8个小时后形成稳定的风生流，风生流水平分布复杂。偏东风时多形成顺时针环流，东南风时多形成逆时针环流。 水质模拟结果表明：(1)阳澄湖水质主要沿湖进水河道的影响。冬季物质的输移路径：以自西向东，自北向南的扩散为主。污染物的分布为西高东低。降低杨林塘、渭泾塘和野尤泾进湖河道污染物排放标准对湖泊水质有较好的改善。阳澄湖夏季物质输移路径为：以自东向西为主，东湖自南向北扩散，西湖自北向南扩散。浓度分布西湖和东湖高，中湖低。改善渭渔村进湖河道污染物排放标准对湖泊水质有较好的改善。(2)根据水流和污染物扩散研究选择代表性工况，根据航道的位置，模拟了乳化油在中、东与西湖中的扩散，讨论了油污在有风和无风作用下的扩散的速度、面积。为这一方面的继续研究打下了一定的基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究问题的提出及研究意义

1.2浅水湖泊水动力水质数值模拟的研究进展

1.2.1湖泊水动力学基本模式研究概况

1.2.2湖泊水质数值模拟研究概况

1.3本文主要研究内容

1.3.1主要研究内容

1.3.2研究技术路线

第二章阳澄湖水环境评价

2.1苏州市及阳澄湖概况

2.1.1苏州市概况

2.2.2阳澄湖概况

2.2阳澄湖水质现状及其水环境评价

2.2.1水质资料

2.2.2阳澄湖进出河道水质评价

2.2.3阳澄湖湖体水质评价

2.3小结

第三章数学模型介绍与验证

3.1数学模型的建立

3.1.1水动力学方程

3.1.2雷诺应力

3.1.3静压假定

3.2模型定解条件

3.2.1初始条件

3.2.2边界条件

3.2.3滩地动边界处理

3.3湍流模式

3.4模型计算方法和差分格式

3.5阳澄湖混合流三维数学模型

3.5.1模型计算区域及网格划分

3.5.2边界条件和参数选择

3.5.3模型率定

3.7小结

第四章阳澄湖流场的数值模拟

4.1阳澄湖混合流数学模拟

4.1.1冬季无风工况流场模拟结果与分析

4.1.2冬季有风流场模拟结果与分析

4.1.3夏季无风流场模拟结果与分析

4.1.4夏季有风流场模拟结果与分析

4.2典型风场作用下阳澄湖水动力特征

4.2.1典型风场作用下阳澄湖稳定流场模拟与比较

4.2.2阳澄湖湖体风生流稳定流场形成过程

4.3小结

4.4阳澄湖湖体水量交换模拟分析

4.4.1阳澄湖湖体通道

4.4.2湖体水量交换计算结果分析

4.4.3小结

4.4阳澄湖湖流垂向分布

4.4.1阳澄湖水平流速垂向分布分析

4.4.2小结

4.5本章小结

第五章阳澄湖水质数值模拟

5.1水质模型简介

5.1.1数学方程

5.1.2定解条件

5.1.3模型简化

5.2阳澄湖COD分布数值模拟结果与分析

5.2.1冬季无风工况COD分布模拟结果与分析

5.2.2冬季有风工况COD分布模拟结果与分析

5.2.3夏季无风工况COD分布模拟结果与分析

5.2.4夏季有风工况COD分布模拟结果与分析

5.2.5冬季改善进水河道水质后COD分布模拟结果与分析

5.2.6夏季改善进水河道水质后COD分布模拟结果与分析

5.2.7小结

5.3湖泊航道污染物输移扩散模拟

5.3.1航道资料

5.3.2乳化油扩散模拟结果分析

5.3.3小结

5.4本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢