于桥水库悬浮物时空分布规律模拟研究

摘要

随着经济迅猛发展和城市化进程加快,湖泊、水库等淡水水源地水体富营养化和泥沙沉积等现象已经引起社会公众的广泛关注。水体富营养化和泥沙沉积无论是对水源地的环境或是对其行使正常功能都有严重危害。因此,越来越多的专家学者对湖泊水库的悬浮物运动、迁移和沉积规律展开深入研究,并且取得一定的研究成果。
　　本文将负责天津市城市供水的重要水源地—于桥水库作为研究对象,该水库上游及其库区周边工业农业发展为水库安全运行带来巨大生态危害,因此本文通过建立于桥水库数值模型模拟分析库区悬浮物,即浮游藻类以及泥沙的变化情况,为水库安全运行提供科学的管理依据。其研究主要方法是:首先借用二维浅水控制方程建立水库的水动力模型并用于模拟库区水体运动情况;然后在已有的藻类生长变化预测模拟结果基础上,引入藻类综合生长系数 K作为表征这一变化的物理量,将其作为参变量添加到对流扩散方程中,同水动力模型联合求解,即完成藻类生长迁移模型的建立;同样在水动力模型基础上,引入泥沙悬移质扩散方程、泥沙沉积方程和河床变形方程等,建立泥沙沉积模型。通过水库实测资料验证得出模型模拟误差精度在合理范围之内,认为模型可用于模拟预测于桥水库浮游藻类和泥沙时空分布情况。最后设置不同工况条件对水库进行数值模拟,根据预测结果给出如下结论:(1)在九月中旬至下旬是水库藻类浓度高值时期,容易爆发水华;(2)高浓度区主要是由风场形成的大的环流区对藻类的富集、迁移作用所形成,主要集中在库区西部偏北、库区中心和峰山南部的三处区域,也是水华易爆发区域;(3)入库泥沙沉积和冲刷的位置主要分布在水库建成前的黎河和淋河天然河道及汇流处等位置,入库沙量在现有水平下还不会对水库安全运行造成影响。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究进展

1.3 主要工作和技术路线

第二章 于桥水库环境现状分析

2.1 于桥水库流域概况

2.2 富营养化现状

2.3 本章小结

第三章 藻类和泥沙数学模型

3.1 水动力模型

3.2 浮游藻类生长迁移模型

3.3 泥沙沉积模型

3.4 本章小结

第四章 模型数值求解

4.1基本求解方法

4.2 水动力模型基本方程离散求解[59-61]

4.3 藻类迁移扩散模型基本方程离散求解[59-61]

4.4 泥沙沉积模型基本方程离散求解[59、62、63]

4.5 本章小结

第五章 于桥水库藻类迁移扩散分析

5.1 模型建立与边界条件

5.2 水库藻类迁移扩散分析

5.3 本章小结

第六章 于桥水库泥沙沉积分析

6.1 模型计算条件

6.2 工况模拟分析

6.3 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结 论

7.2 展 望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢