乌梁素海水生态系统修复方案的流场和浓度场模拟研究

论文摘要

乌梁素海是具有较高生态效益的多功能湖泊,具有气候调节、维持生物多样性、鸟类栖息、水产养殖和旅游等功能,同时也是河套灌区灌溉和排水的重要组成部分,在黄河防洪、防凌和水资源管理调度中也发挥积极的作用。但由于其处于干旱半干旱地区,生态环境非常脆弱,近年来人类活动的巨大影响更是加剧了乌梁素海水环境的恶化。要在保持经济持续发展的同时,保持乌梁素海水环境的可持续发展,采取科学的治理方案来整治恢复乌梁素海水环境显得非常重要。通过模拟乌梁素海水环境改善效果,体现实施修复措施后的乌梁素海流体运动和污染物的浓度分布,可以进一步优化乌梁素海水生态修复方案,为实际工程的开展提供理论依据。利用乌梁素海2004～2007年的水质实测数据对其水质现状进行了分析,同时,基于国际知名的MIKE3软件平台构建了乌梁素海流场和浓度场的水动力数学模型,在模型验证的基础上,对乌梁素海现状年条件下和水生态系统修复方案下的流场和浓度场进行模拟,通过对模拟结果的分析,得出乌梁素海流场特征以及浓度场对凌期分水措施响应效果,并最终得出适合乌梁素海水生态系统修复的最佳方案。基于库容方案,乌梁素海流场模拟结果表明：风是乌梁素海水流运动的主要动力,入出湖沟渠形成的吞吐流对于流场的影响很小,乌梁素海水流流态主要受湖面风场影响；稳定风场作用下乌梁素海流场主要是由环流组成；不同方向风场作用形成的环流流态不相同,相反方向风场作用下的流场流态相似,流向相反。各种修复方案下的乌梁素海流场和浓度场模拟结果表明：相同库容时,有生物处理有分水方案对乌梁素海水环境改善效果最优,其次为有生物处理无分水方案、无生物处理有分水方案和无生物处理无分水方案；同一水平年下,同等生物处理措施和分水条件时,库容越大,修复效果越好。根据对不同水平年各修复方案下水环境改善效果分析,结合乌梁素海功能定位和水生态修复规划目标,考虑方案实施所需工程量大小,给出最优生态修复方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 湖泊环境的重要性
• 1.1.2 乌梁素海环境的重要性
• 1.1.3 数值模拟的意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 湖泊水动力学数值模拟研究进展
• 1.2.2 湖泊水质模拟研究进展
• 1.2.3 生态修复研究进展简述
• 1.2.4 区域研究现状
• 1.3 论文主要研究内容和技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 乌梁素海概况与水生态系统修复方案
• 2.1 自然环境概况
• 2.1.1 地理位置及概况
• 2.1.2 气象条件
• 2.1.3 流域灌排系统概况
• 2.1.4 生物多样性
• 2.2 社会环境概况
• 2.3 水环境主要问题
• 2.4 污染源及水质现状
• 2.4.1 乌梁素海主要污染源
• 2.4.2 乌梁素海水质现状
• 2.5 乌梁素海水生态修复方案
• 2.5.1 乌梁素海功能定位
• 2.5.2 乌梁素海水生态修复技术
• 2.5.3 乌梁素海水生态修复方案
• 3 乌梁素海流场模拟
• 3.1 水动力数学模型概况
• 3.1.1 MIKE3模型介绍
• 3.1.2 MIKE3模型的广泛应用
• 3.2 数学模型的建立
• 3.2.1 基本方程
• 3.2.2 计算方法
• 3.2.3 模型边界条件
• 3.3 乌梁素海二维流场数学模型
• 3.3.1 模型计算区域
• 3.3.2 边界条件及网格划分
• 3.3.3 有关参数的确定
• 3.3.4 模型验证
• 3.4 模型应用
• 3.4.1 乌梁素海流场特征分析
• 3.4.2 乌梁素海水生态修复方案下的流场模拟
• 3.5 本章小结
• 4 乌梁素海浓度场模拟
• 4.1 浓度场模型简介
• 4.1.1 基本方程
• 4.1.2 定解条件
• 4.1.3 模型简化
• 4.1.4 模型验证
• 4.2 模型应用
• 4.2.1 乌梁素海凌期分水浓度场分析
• 4.2.2 乌梁素海水生态修复方案下的浓度场模拟
• 4.2.3 方案比选
• 4.3 本章小结
• 5 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录