基于ELCOM-CAEDYM耦合模型的淀山湖营养物调控的研究

摘要

淀山湖是上海市的主要水源地之一，同时淀山湖还具备交通运输、农田灌排、水产养殖、调蓄洪涝等功能。随着淀山湖流域的经济的快速发展，淀山湖水质出现了明显的下降，已经转变为重度富营养化的湖泊，具备了暴发大规模、大面积水华的条件。本文基于淀山湖现场实地水文水质测验，收集整理淀山湖的水质实测数据的基础上，利用水质模型预测分析的手段，引入澳大利亚西澳大学水研究中心开发的三维水动力模型ELCOM( Estuary，Lake and Coastal Ocean Model)和湖泊水库生态动力学模型CAEDYM(Computational Aquatic EcosystemDynamics Model)，针对淀山湖氮磷营养物与藻类生长的投入响应关系开展模拟研究，为淀山湖营养物基准的制定和富营养化的综合治理以及淀山湖水华暴发的预测预警研究提供了基础。
　　 本文首先介绍了EICOM-CAEDYM耦合模型的原理和结构，然后对淀山湖深入调查，对淀山湖的污染状况进行了探索性分析，为构建淀山湖水质水动力模型打下基础。
　　 其次通过建立淀山湖ELCOM-CAEDYM三维生态动力学模型，综合考虑入湖负荷、光照、温度、湿度、风向、风速、降雨等水文气象条件和浮游动植物对湖泊藻类生长的影响，通过集合预报的不确定性分析方法结合相关实验和参考文献确立一套适用于淀山湖的水质模型的参数，并使得模拟的结果与实测值吻合较好，比较准确的反应了淀山湖富营养化的实际情况
　　 最后利用建立的淀山湖生态动力学模型，对淀山湖氮、磷营养物与淀山湖富营养化水平进行相关性分析，淀山湖叶绿素-a含量随淀山湖磷的含量的变化而变化，淀山湖湖体磷含量从一定程度上决定了淀山湖富营养化的水平。因此，控制入湖磷负荷是淀山湖富营养化和水华防治的关键措施。虽然氮输入量的增加对淀山湖叶绿素-a含量的影响并不明显，但是如果能够将淀山湖总氮含量降低到3.7mg/L～4.31mg/L之间的某个临界值以下或者更低，淀山湖叶绿素-a的含量会明显的减少，将会有效的控制淀山湖的富营养化状态。同时调控总氮、总磷具有一定的协同作用，对控制淀山湖的叶绿素-a的浓度变化效果也更加明显。当总氮减少输入量在10％～15％的区间时，叶绿素-a浓度减少量（百分比含量）与总氮输入的减少量（百分比含量）效益比值达到最大值。当总磷减少输入量在7％～10％的区间时，叶绿素-a浓度减少量（百分比含量）与总磷输入的减少量（百分比含量）效益比值达到最大值。

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摘要

一．概述

1．1 选题背景及意义

1．2 研究内容

1．3 研究方法与技术路线

第二章 湖泊水质模型研究进展

2．1 湖泊水质模型研究进展

2．2 国内湖泊水质模型研究进展

2．3 淀山湖水质模型研究进展

2．4 国内湖泊水质模型存在问题和发展趋势

第三章 ELCOM-CAEDYM耦合模型简介

3．1 三维水动力模型-ELCOM

3．2 水质模型-CAEDYM

3．3 ELCOM-CAEDYM耦合模型结构

3．4 耦合模型在国外的应用实例

3．5 小结

第四章 淀山湖野外观测资料与水质特征分析

4．1 淀山湖概况

4．2 淀山湖流域气象特征

4．3 淀山湖流域水文水系特征

4．4 淀山湖流域水质特征

4．5 淀山湖叶绿素-a

4．6 小结

第五章 模型的建立、率定、验证与模拟结果分析

5．1 模型计算条件

5．2 模型的主要参数

5．3 模拟结果及其验证

5．4 小结

六．ELCOM-CAEDYM耦合模型在淀山湖水环境管理决策中的应用

6．1 调控总氮

6．2 调控总磷

6．3 同时调控总氮、总磷

6．4 讨论

6．5 结论

七、结论与研究展望

7．1 结论

7．2 研究展望

参考文献

致谢