內(nèi)蒙古烏梁素海水質(zhì)動態(tài)數(shù)值模擬研究.pdf

1、湖泊富營養(yǎng)化是當(dāng)今國際上重大的水環(huán)境問題之一，已給湖泊水環(huán)境以及湖泊流域人們的生產(chǎn)生活造成了十分嚴(yán)重的危害。湖泊水環(huán)境是一個(gè)受多種不確定性因素限制、參數(shù)眾多、機(jī)理十分復(fù)雜的系統(tǒng)，加之，湖泊水動力學(xué)方程的非線性性質(zhì)，很難得出理論分析解。隨著數(shù)值計(jì)算方法和數(shù)值模式的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，數(shù)值模擬在水環(huán)境科學(xué)中得到越來越廣泛的研究和應(yīng)用，已成為研究湖泊、河流、水庫、港口等不同水域流場與水質(zhì)的重要手段之一。 本文以地處寒早區(qū)的

2、內(nèi)蒙古烏梁素海為研究對象，針對其水淺、草多、藻多、同時(shí)又是河套灌區(qū)污水承泄體的特殊情況，首先選用灰色—隨機(jī)風(fēng)險(xiǎn)率方法對入湖水質(zhì)濃度風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行了分析和計(jì)算：其次應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論和ArcGIS軟件的地統(tǒng)計(jì)分析模塊對不同水質(zhì)參數(shù)的時(shí)空分布特征及變化規(guī)律做了分析研究；最后，在深入理解烏梁素海污染成因及污染機(jī)理的基礎(chǔ)上，選用EFDC模型和CE—QUAL—ICM模型聯(lián)合模擬了烏梁素海流場和水質(zhì)變化過程，得出了以下主要結(jié)論：（l）針對湖泊水環(huán)境受隨

3、機(jī)和灰色雙重不確定性因素的影響，將灰色—隨機(jī)風(fēng)險(xiǎn)率理論引入到湖泊水質(zhì)分析中，對烏梁素海入湖斷面有機(jī)污染超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)率和各水質(zhì)濃度超標(biāo)的灰色概率區(qū)間進(jìn)行了計(jì)算，并繪制了水質(zhì)參數(shù)超過不同濃度值的風(fēng)險(xiǎn)率曲線。結(jié)果表明：烏梁素海入湖水質(zhì)斷面遭受著嚴(yán)重的富營養(yǎng)化污染和有機(jī)污染；灰色—隨機(jī)風(fēng)險(xiǎn)率方法能夠直觀地反映出在不同水質(zhì)濃度控制標(biāo)準(zhǔn)下，水質(zhì)參數(shù)污染強(qiáng)度和污染歷時(shí)的變異過程，對控制烏梁素海入湖水質(zhì)濃度并合理制定富營養(yǎng)化治理措施具有一定的參考價(jià)值。（2

4、）為揭示不同水質(zhì)參數(shù)在烏梁素海的時(shí)空分布特征及變化規(guī)律，應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論和ArcGIS軟件的地統(tǒng)計(jì)模塊對烏梁素海水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行了kriging空間插值。結(jié)果表明：受水生植物不同生長階段、非冰凍期和冰凍期等因素的影響，烏梁素海水質(zhì)參數(shù)呈現(xiàn)出不同的時(shí)空變異特征；烏梁素海湖區(qū)水體受富營養(yǎng)化污染、有機(jī)污染、鹽化污染都十分嚴(yán)重。（3）針對烏梁素海生態(tài)系統(tǒng)中水體富營養(yǎng)化的現(xiàn)狀和特征，選用EFDC模型和CE—QUAL—ICM模型聯(lián)合模擬烏梁素海流場和

5、水質(zhì)。CE—QUAL—ICM模型以浮游植物生長動力學(xué)為主線，不僅考慮了不同形態(tài)營養(yǎng)鹽的循環(huán)轉(zhuǎn)化過程，還考慮了藍(lán)藻、硅藻和綠藻的生長動力、新陳代謝、被捕食、沉降等過程，并且模擬了以上兩方面的循環(huán)轉(zhuǎn)換過程。（4）應(yīng)用所建水動力富營養(yǎng)化模型，模擬烏梁素海水動力及水質(zhì)變化情況，誤差分析表明模擬結(jié)果與實(shí)測值擬合較好，誤差基本在30％以內(nèi)。模型不僅考慮了風(fēng)速、國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（50569002 50669004）；內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目

6、（200711020604）；內(nèi)蒙古自治區(qū)水利廳重點(diǎn)支持項(xiàng)目（20080105）聯(lián)合資助蒸發(fā)、輻射等氣象因素，更為重要的是考慮了水生植物的分布情況以及它們的密度、高度、直徑等形態(tài)指標(biāo)，結(jié)果表明：考慮水生植物分布的水質(zhì)濃度模擬值與實(shí)測值變化趨勢基本一致，未考慮水生植物分布的模擬值未能較好地反映實(shí)測值的變化趨勢，可見，湖泊水生植物的分布情況對水質(zhì)指標(biāo)影響較大。（5）為進(jìn)一步確定烏梁素海污染的主要原因，本文應(yīng)用已建富營養(yǎng)化模型，鎖定其它條件，