非常规水源补给型景观水体的模拟研究

摘要

城市景观水体地处人口稠密、经济繁荣的大中型城市,具有观光游览,休闲娱乐,调节气候等方面的作用,但景观水体的恶化可能给城市环境和人们的生活带来负面效应,出现藻类异常增殖、水体透明度下降、发黑、变臭等现象,既影响水体的美观,也造成水资源的大量浪费,破坏生态环境。
　　 本文以华北某生态小城镇(HM镇)中的两个景观湖泊为研究区域,根据其入流、出流的流量和位置,首先运用计算流体力学(Computational FluidDynamics,CFD)分别对两个景观湖泊的水流流场进行数值模拟。由于景观湖泊的进水流量较小,容易出现漩涡区和滞留区,湖水的流速慢,污染物不容易稀释、扩散,易造成湖泊的水质变差。
　　 然后,根据景观湖泊的地理资料、蒸发量资料等,分析了景观湖泊的污染来源,包括降水污染、旅游污染、人工补水污染、底泥污染。其中,人工湿地的出水是景观湖泊主要的非常规补水水源。应用AQUATOX模型,对景观湖泊进行水质与生态环境模拟,研究水体富营养化和水生态过程,分析湖泊水生态系统各组成部分之间的关系及其湖中富营养化的生态风险。对景观湖泊水体的流动与混合、营养盐在水体和沉积物中的循环、颗粒物的沉积和再悬浮、浮游动植物及食物网的相互关系进行了初步分析。
　　 结合景观湖泊的水力流动和水质水生态模拟结果,分析水体的主要水质问题,选择适合研究区域的景观水体的水质改善方法。一方面通过水力条件控制,模拟在不同位置补水对景观湖泊滞水区的水力流动改善情况,选择最佳的补水位置,以改善景观水体水力流动性差的现状。另一方面运用生态修复控制方法,对景观湖泊中富营养化的改善状况进行模拟。通过模拟得出无论是种植水生植物的还是增殖放流鱼类都对富营养化有一定的改善作用,可以在一定程度上抑制藻类的生长,降低富营养化带来的生态风险。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题的提出及研究意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 湖泊流场数值模拟简介

1.2.2 水质模型简介

1.3 研究内容和技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

第二章 生态小城镇景观湖区域环境概况

2.1 自然地理概况

2.1.1 地理位置

2.1.2 景观湖概况

2.2 气候条件

2.3 景观湖区非常规水源概况

2.4 景观湖区主要生态环境问题

第三章 基于FLUENT的景观湖体水动力模拟研究

3.1 CFD模型概述

3.1.1 概述

3.1.2 模型求解过程

3.1.3 常用CFD商用求解软件

3.2 景观湖流场的数值模拟

3.2.1 建立控制方程

3.2.2 确定边界条件与初始条件

3.2.3 网格的划分

3.2.4 参数确定

3.2.5 模拟结果分析

3.3 景观湖浓度场数值模拟

3.3.1 建立控制方程

3.3.2 确定边界条件和初始条件

3.3.3 网格的划分

3.3.4 参数确定

3.3.5 模拟结果分析

3.4 景观水体运行改善方法

3.5 本章小结

第四章 基于AQUATOX的景观湖水生态模拟研究

4.1.AQUATOX模型介绍

4.1.1 简介

4.1.2 状态变量

4.1.3 模型参数

4.1.4 模型特征

4.2 AQUATOX模型结构

4.2.1 物理过程

4.2.2 生物过程

4.2.3 重矿化过程

4.2.4 无机沉淀过程

4.2.5 有毒有机化学物模拟过程

4.3 景观湖非常规水源水质及生态环境状况

4.3.1 景观湖生态环境状况

4.3.3 富营养化状况

4.4 参数输入

4.5 景观湖水质模拟结果分析

4.5.1 驱动变量

4.5.2 总悬浮物和透明度

4.5.3 植物

4.5.4 营养物

4.5.5 不确定性分析

4.6 本章小结

第五章 非常规水源补给型景观水体水质改善技术

5.1 景观水体水质常规改善方法

5.2 景观湖泊水质改善及生态修复

5.2.1 景观湖泊运行结果设计

5.2.2 生态修复措施及模拟结果

5.2.3 综合修复

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢