基于IPH-ECO模型的烏梁素海主控營養(yǎng)鹽模擬研究.pdf

1、淺水湖泊中通常具有兩種典型狀態(tài)，即以沉水植物為主的清水穩(wěn)態(tài)及以浮游藻類為主的濁水穩(wěn)態(tài)，而營養(yǎng)鹽負荷增加則會導致湖泊結構和功能發(fā)生改變，促使湖泊由清水穩(wěn)態(tài)向濁水穩(wěn)態(tài)轉換，引起湖泊水質退化。本文從穩(wěn)態(tài)轉換角度出發(fā)，以寒旱區(qū)典型的淺水湖泊烏梁素海為研究區(qū)，基于水文、氣象、水質等監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用IPH-ECO模型，模擬水體中TP、TN、Chla等富營養(yǎng)化參數(shù)的動態(tài)變化過程，分析營養(yǎng)物質增減對湖泊生態(tài)系統(tǒng)的影響，判定穩(wěn)態(tài)轉換閾值并深入探討其影響因素

2、，研究結果可為湖泊保護提供預警參考。
　　本研究主要內容包括：⑴IPH-ECO模型幾何文件的建立?；跒趿核睾?013-2014年的水文、氣象、水質數(shù)據(jù)及遙感影像，為IPH-ECO模型的構建提供初始條件、邊界條件和外部環(huán)境條件，繼而借助ArcGIS及IDRISI軟件，提取了烏梁素海的物理特征，創(chuàng)建了Mask、Bathymetry、Roughness、Wetland和Wind Stress Reduction柵格圖，完成了IPH-E

3、CO模型中幾何文件的建立。⑵IPH-ECO模型參數(shù)敏感性分析。IPH-ECO模型參數(shù)眾多，先采用參數(shù)擴增法粗選敏感性參數(shù)，繼而利用全局敏感性參數(shù)分析方法Morris法篩選出對TP、TN、Chla結果有影響的25個參數(shù)，進而采用EFAST法驗證Morris法篩選出的21個敏感性參數(shù)的有效性，最終遴選出對TP、TN、Chla結果共同敏感的9個參數(shù)進行率定，確定出參數(shù)變動范圍。這些參數(shù)多與藻類的生長、代謝相關，主要包括:無機物沉降速率(cVS

4、etIM)、生物擾動作用(cTurbDifNut)、綠藻的最大生長速率(cMumaxGren)、硅藻的最大生長速率(cMumaxDiat)、綠藻的呼吸速率(kDRespGren)、硅藻的呼吸速率(kDRespDiat)、藍藻磷吸附量（cAffPUptBlue）、浮游動物的濾除率(hFilt)、浮游動物的最大濾除率(cFiltMax)等。⑶烏梁素海TP、TN、Chla濃度時空動態(tài)變化研究。通過參數(shù)率定，構建適用于烏梁素海的IPH-ECO模

5、型，選取2013年7月、8月、10月、2014年1月TP、TN、Chla實測數(shù)據(jù)進行校準，模擬結果較好，誤差均小于20％，但冬季的水質濃度模擬結果誤差較大;選取2014年6-8月實驗數(shù)據(jù)進行驗證，驗證期平均相對誤差亦均小于20％。從時間上來看，TP、TN濃度在6月份達到峰值，7、8月份下降，而Chla濃度變化與之相反;空間上來看，表現(xiàn)為北部污染重于南部，入湖口污染重于湖中心及出口的趨勢。⑷不同入湖營養(yǎng)鹽濃度情景下TP、TN、Chla濃度

6、變化趨勢分析。當入湖營養(yǎng)鹽濃度減半時，TP、TN、Chla濃度平均值分別下降28.63％、22.02％、14.88％;當入湖營養(yǎng)鹽濃度翻倍時，TP、TN、Chla平均濃度則分別增加89.03％、85.51％、83.15％，入湖營養(yǎng)鹽濃度翻倍對水體中營養(yǎng)鹽濃度的影響程度遠遠高于入湖營養(yǎng)鹽濃度減半的影響程度，可見外源性營養(yǎng)負荷輸入控制對于湖泊水質保護的重要作用。⑸烏梁素海穩(wěn)態(tài)轉換閾值及其影響因素。由2013-2014年水質數(shù)據(jù)綜合分析結果可