城市人工湖水动力特性与水质变化规律研究——以雁鸣湖为例

摘要

城市人工湖随着现代城市发展而来，不仅为城市生活提供了舒适、稳定的生态环境，还具有调节和改善城市水文的作用。从城市人工湖水动力特性分析，湖泊流速较小，供给水源不足，一般置换时间较长并且不利于污染物质的稀释扩散；其次，人工湖位于人类活动密集区，人为活动带来的污染负荷，其往往大于水体的自净能力，因而人工湖水质污染，生态破坏更为显著。为了改善城市人工湖的水环境，营造美好的城市生态环境，本研究以城市人工湖雁鸣湖为例，首先分析湖泊水环境现状及水质变化趋势，其次分析湖泊水动力变化规律和解析含沙水补给对水质的影响，最后为改善水环境进行调控研究，其研究成果可为北方城市人工湖的水环境改善及管理提供参考。主要研究工作和结论如下： (1)通过监测期间的水质资料为基础，分析DO、水温、PH值、COD、总氮、总磷和叶绿素a的年变化趋势～总体湖泊水质受季节影响水质变化较大，单指标水质处于Ⅳ～Ⅴ类水之间。通过模糊综合评价雁鸣湖的水质总体保持在Ⅳ类～Ⅴ类之间，秋季水质最差为Ⅴ类水，相比前人水质评价结果，水质逐渐恶化：采用综合营养状态指数得到雁鸣湖处于中营养和富营养之间：分析湖泊氮磷比8～25之间为限制性营养盐氮磷交替类型，为湖泊的水质治理增加难度。 (2)基于二维水动力模型并结合泥沙模块的基础上，分析研究不同风场、吞吐流、补水泥沙浓度和水位变化对湖泊水动力的影响。研究得到：风对湖泊流场的变化起主导作用，其中风速是影响湖泊流速的主要因素，风向对湖泊环流的方向起主导作用。吞吐流对于湖泊进出口水域流速影响较大，在吞吐流为0.4m3/s补水时流速最小。含沙水补给对湖泊水动力主要通过改变水流结构产生影响，泥沙浓度对湖泊进水口水域流速影响显著，成对数增长关系( R2=0.952)，泥沙浓度对水动力的影响与补水流量息息相关。水位是湖泊水动力影响因素之一，不同水位和水位变化过程，湖泊流速存在差异。在保持生态景观水位下，水位适当的升降和增加吞吐流为0.3 m3/S时泥沙浓度小于1 kg/m3有利于湖泊水动力的改善。 (3)以水动力模型结合泥沙模块为基础耦合水质模型，分析含沙水补给过程中对主要水质指标的影响以及改善水环境调控研究。针对水质模型参数较多，采用敏感性分析进行主要参数的验证，该模型能够反映雁鸣湖水动力水质及泥沙迁移转化规律。含沙水的补给有利于湖泊水质的净化，泥沙的吸附和解吸是对污染物在水沙两相间的分配或再分配过程，并且泥沙对不同的水质指标分配效果不同。根据浐河的水量和水质条件采取不同恒定入湖径流和不同波动流量的补水调控措施，若水质达到Ⅲ类时可适当的增加补给水的径流量，提高到0.3 m3/S，水质达到Ⅳ类以下时，可以间隔供水，最大间隔可以一个月。

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