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三峡流域富营养化污染分析及其复杂动力学行为的建模研究

柳志祥  
【摘要】:三峡工程举世瞩目,是跨世纪的特大型水利枢纽工程,具有航运、防洪和发电等三大主要功能,对我国经济建设的影响意义重大。同时,三峡大坝的修筑,也必定会给三峡库区生态环境的结构和功能带来深远影响。因三峡水库调度引起的库区水位变化而在库周形成消落带,由于水库周期性蓄放水,且淹水时间长,水位变动幅度大,很难形成稳定的生态群落。更重要的是库区流域水体富营养化污染及其演化过程都集中和发生在沿江两岸的消落带,这给库区环境和经济发展带来巨大压力,因此综合治理库区消落带水土流失、水体富营养化污染、综合利用土地资源、建立复合性和可持续发展的生态系统、发展库区农业经济是目前三峡库区环境改善与社会发展面临的主要任务。本文分析了香根草这种先锋植物应用于三峡库区消落带生态重建的潜力,提出了消落带生态重建的实施方案,认为利用香根草生态工程技术治理和重建三峡水库消落带生态子系统具有极大的实用价值,能够在相当程度上加固库岸地质结构,消减各类水体污染,同时为库区广大农村提供充足、持续不断和极其廉价的绿色能源。 由于库区消落带潜在富营养化污染,对库区消落带发生富营养化污染进行预报就显得尤为必要,通常的富营养化动力学模型实用的范围随着不同的水域、不同的气候环境而不同,而且模型参数过多,尤其是大量的经验参数,会给分析预测带来很大的不确定性。本文结合三峡水库干、支流水体环境特点,通过对影响流域水体藻类生长的环境因素进行分析,改进藻类生长营养动力学模型,并利用胞映射算法对乌江、汉江和库区流域富营养化演化性态进行了计算机数值模拟和仿真分析,揭示流域水华发生过程的动力学行为、混沌性态和流域水质中主要藻类生长控制因子与模型振荡函数间的关系。本文认为藻类生长营养动力学模型中的水华爆发控制函数主要受水温、光照强度、水流速和营养盐浓度的影响,构建了包含水温、光照强度、水流速和营养盐浓度的水华爆发控制函数,通过对乌江、汉江的水华爆发进行胞映射分析,得到的计算结果与实际监测非常吻合,并认为水温升高和水流速下降将有利于藻类生长,营养盐是水华爆发的物质基础,但不是唯一因素,必须在适宜的水温、光照、缓慢的水流和充足的营养盐条件下,藻类才可能出现突发式的“疯长”,即水华爆发。最后本文还预测了三峡水库干、支流水华爆发的情况,并对如何防治水华爆发提出了改善性建议。


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