水闸调控对河流富营养化演变的驱动机制研究

【摘要】：闸坝是人类开发、利用和管理河流水资源的重要工具,在防洪灌溉、供水发电、生态保护、旅游景观、航运养殖等方面起着积极作用。然而,闸坝建设改变了河流的天然属性,使得河流“湖库化”趋势明显,造成河流连通性降低、水流流速减缓、河道流量减少等后果,导致水污染事件频发、水环境恶化、水体富营养化现象频发等一系列问题,引起社会各界的高度重视。针对闸坝建设造成的水环境、水生态问题,开展水闸调控对河流富营养化演变的驱动机制研究,对于闸控河流水污染防治、水体富营养化治理和河流水资源开发利用等具有重要意义。本文以槐店闸为研究对象,基于MIKE 21构建了闸控河流二维富营养化模型,针对不同水闸调控方式下水质浓度变化及藻类生长状况做了深入研究。主要研究内容如下:(1)阐述了闸控河流水体富营养化演变特征及建模原理,利用MIKE 21构建了闸控河流二维富营养化模型,采用局部敏感性分析法对模型参数进行敏感性分析,最后率定模型参数和验证模拟结果。(2)设置四种闸门开度(10cm、30cm、50cm和80cm)和三种闸孔开启数量(5孔、10孔和18孔)的组合水闸调控情景,利用模型模拟不同水闸调控方式下水质浓度的时空变化过程,并以无闸情景作为对比情景,计算水闸调控对水质浓度变化的贡献率,构建闸后流量、流速和水质贡献率的量化关系。选择五种代表性水质指标,计算水闸调控下水质指标涉及的反应机制转化量,在此基础上根据贡献率与转化量计算各反应机制在水质转化过程中的贡献比,最后根据贡献比的大小识别了各项反应机制在水质转化过程中的主导性。(3)利用模型模拟不同情景下藻类生长的光照限制因子、营养盐限制因子、藻类生长率以及藻类密度的变化过程,结果表明,闸后流量和流速越大,藻类密度的平均值越低。设置3种调控下泄流量方案、3种污染物削减方案以及9种联合方案,并利用模型模拟不同方案下藻类密度的变化过程。结果发现,随着下泄流量和污染物削减比例增大,藻类密度的平均值降低。联合方案的水华防控效果优于调控下泄流量方案和污染物削减方案,联合方案9为水华防控效果最好的方案。