三峡库区水环境中营养盐磷分布规律的数值研究

论文摘要

水利工程对河道水生生态环境的影响一直是社会各界广泛关注的问题。三峡水库蓄水前（2002.9-2003.6）、蓄水初期（2004.5-2004.9）和蓄水后（2008.1-2008.12）的监测数据表明,三峡工程蓄水后,库区的水沙运动发生显著变化,流速趋缓、泥沙淤积,水中营养盐分布形态也发生了变化。磷的浑水样浓度明显大于清水样浓度,泥沙对磷有明显的吸附作用。以三峡库区为例研究泥沙淤积和生物作用对水中营养盐磷浓度的影响,对改善库区水环境是至关重要的,具有理论意义和实际应用价值。首先对蓄水前、蓄水初期和蓄水后三峡库区水质监测数据进行了分析,发现蓄水前库区泥沙基本处于冲淤平衡状态,蓄水后库区回水范围内出现明显的泥沙淤积,且磷的浑水样浓度明显大于清水样浓度,说明泥沙对营养盐磷具有吸附作用。2008年库区监测数据表明,同一断面的总磷浓度随来流量的增加而增加,溶解态磷浓度在全年多数月份呈沿程增加趋势。其次建立了泥沙和生物共同作用下营养盐磷分布的数值模型,并对水流运动、泥沙运动和水质输移扩散模型进行了验证。结果表明所建立的模型能够较好地模拟水流与泥沙的运动状态以及营养盐磷随流运动特性。在水质模型中,泥沙对营养盐的作用通过吸附解吸系数体现,而生物对营养盐的作用通过可调的综合作用系数体现。最后采用三峡库区监测数据对模型参数进行率定,并对模型计算可靠性进行验证,数值模拟并分析不同时期的库区营养盐磷浓度。通过设计情景模拟工况,分析如下四种情景:仅考虑污染物的输移扩散、仅考虑生物作用、仅考虑泥沙对营养盐磷的吸附解吸、同时考虑泥沙吸附解吸以及生物作用下的营养盐磷分布特征。结果表明,泥沙对营养盐的吸附解吸效应和生物的综合作用对水中营养盐的浓度均有重要的影响,但作用效果有所不同。论文研究表明,所建立的数值模型能够较好地反映水流运动、泥沙随流运动、泥沙对营养盐的吸附解吸影响和生物对营养盐的综合效应,能够较好地反映泥沙和生物对水环境的综合影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 前人研究成果回顾
• 1.2.1 泥沙对营养盐影响的研究方法
• 1.2.2 泥沙影响污染物输移转化的研究综述
• 1.2.3 生物作用对水中污染物影响的研究进展
• 1.2.4 挟沙水流水质数学模型
• 1.3 三峡库区概述
• 1.4 本文主要研究工作
• 第2章 现场监测数据及分析
• 2.1 蓄水前、蓄水初期现场监测数据及分析
• 2.1.1 蓄水前、蓄水初期三峡库区水沙过程变化
• 2.1.2 蓄水前、蓄水初期三峡库区营养盐磷变化
• 2.1.3 蓄水前、蓄水初期泥沙对库区营养盐磷的影响分析
• 2.2 2008 年三峡库区现场监测数据及分析
• 2.2.1 三期蓄水后三峡库区水沙过程变化
• 2.2.2 三期蓄水后三峡库区营养盐磷的时空分布特征分析
• 2.2.3 泥沙与总磷、吸附态磷的相关性分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 模型的建立及验证
• 3.1 水流运动控制方程
• 3.2 泥沙运动控制方程
• 3.3 浓度控制方程
• 3.4 数值求解方法
• 3.4.1 DPM 方法简介
• 3.4.2 定解条件
• 3.4.3 方程求解
• 3.5 模型验证
• 3.5.1 流场验证
• 3.5.2 泥沙场验证
• 3.5.3 浓度场验证
• 3.6 本章小结
• 第4章 三峡库区泥沙和生物对营养盐磷作用的数值模拟
• 4.1 基础数据
• 4.2 计算方法及网格划分
• 4.3 参数率定
• 4.4 参数验证
• 4.5 本章小结
• 第5章 模型应用对比分析
• 5.1 情景模拟
• 5.2 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 论文主要工作及结论
• 6.2 今后进一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果