城市湖泊人工水循环环境改善技术及其数值模拟研究

摘要

城市湖泊是城市中重要的景观要素，对人类的生活、生产和社会发展提供必要的资源，能够产生良好的生态、社会、经济和环境效益。然而随着城市化的快速发展中不合理开发的加剧，导致城市湖泊综合功能退化，城市湖泊水体环境遭受污染，水景观功能退化，因此必须采取综合水利措施进行防治。
　　 本文以西安市长乐湖为例对城市人工湖泊的综合利用进行了设计。针对长乐公园湖泊在水环境、水景观、雨水资源利用、水动力问题等方面存在的问题提出了改善措施。研究结果表明，对于具有落差的城市湖泊，在上下湖之间通过设置橡胶坝、跌水景观等各种类型的水工泄水建筑物，不仅能够增大水体循环速度，改变湖泊水体的水动力学条件，改善水体流态；而且通过水流碰撞和扩散，能够增大水体复氧能力，从而改变水体中污染物浓度，改善湖泊水环境，以达到湖泊水体修复之目的。同时考虑到城市用电峰谷之间的电价差因素，在用电较少、电价较低的谷段将下湖中水抽至上湖，其间采用管涵或者人工抽水泵(站)等工程措施相连通，以实现城市湖泊的人工水力循环，能够实现资源的合理利用，具有经济性。
　　 为了验证城市湖泊的人工水循环措施对水环境的改善效果，运用MIKE21软件模拟研究了城市湖泊3个方案12种工况下的水循环过程中的流场、浓度场，预测与分析了水循环过程中湖泊水质的改善。可知对于城市人工湖泊，可以通过人为设定不同的进、出水口位置以及组合，调节换水量和换水时间，改善城市湖泊的水动力条件。人工水循环措施能够有效地保持和改善城市湖泊水体的水质。MIKE21软件是城市人工湖泊的生态设计有效的工具。利用MIKE21软件对长乐公园湖泊流场、浓度场的数值模拟，可以为其他城市人工湖泊的生态设计与水环境治理提供参考。