城区地表径流面源污染和河道水环境治理的研究

河流为人类提供了多样的生态服务功能,然而城市化对河流生态系统健康状况造成严重的影响。随着点源污染的有效管理控制,非点源污染降雨径流己成为造成城市地表水环境污染的主要原因。为了改善河道水质,引调清水激活城市内河水体,提高河道的水环境自净能力,有效改善城市水环境。文章以南京河西水系为例,利用Saint-Venant方程组对水系建立一维水动力模型,并通过汇流结点水位法对方程组进行数值求解;对WASP5水质模型进行二次开发用于水质模拟;建立水质模型和一维河网水动力模型的耦合模型,将水动力模型计算所得到的水动力参数耦合到WSAP5水质模型中,模拟降雨过程以及引调清水过程的河网各河段的水质变量浓度,得出降雨径流对河流的污染程度以及引清冲污措施对河流水质改善的效果并优化调水过程。

沉水植被降低水体浊度的机理研究

水体浊度的变化影响着水生态系统的健康,而沉水植被对降低水体浊度具有显著效果.为明确沉水植物对泥沙的作用机理,以苦草为试验用草,开展室内水槽试验.结果表明,苦草斑块降低了水流的输沙能力,根据试验资料估算,斑块区水流的输沙能力仅约为无草时的10%.利用象限分析法分析了实测的紊动流场,解释了植物对泥沙作用的物理过程.在苦草斑块区,植物冠顶以下区域(相对高度小于1.00)为下扫流态,紊动漩涡形成的下扫流将泥沙带入水底,而近底层的喷射流抵消了下扫流的能量,抑制下扫流对泥沙的冲击起动,并使下扫流挟带的泥沙顺利淤积;在植物冠顶以上区域除高密度(172株m2)工况为下扫流态外,中、低密度(86、43株m2)工况均为喷射流态,不利于泥沙沉降.由于泥沙主要存在于下层水体,因此沉水植被有利于减小水体浊度.

强感潮河网生态治理工程综合评价

崇明岛河网的水资源调度和水动力体系完全受长江口潮汐的控制,河网中水体水质、生物也受长江的影响。为评价强感潮河网治理后的生态建康状况,在分析强感潮区河流特点的基础上提出了结构简单、数据易于收集的生态健康评价指标体系,包括水利指标群、河岸稳定指标群、水质水量指标群和生态指标群,共23个指标,并建立了各指标的定量标准。利用所建立的评价指标体系采用模糊综合评价法对崇明县陈家镇河网的四号河生态工程修复规划进行生态健康状态评价。评价结果表明四号河经生态修复后为生态达标河道。所提出的评价指标系体系和评价方法可为感潮河网的生态健康评价提供参考。

南京河西水系引江冲污改善水环境方案研究

针对城市河道的水环境污染日益严重的问题,采用引水冲污方式,可提高河道的水环境净化能力,有效改善城市水环境。以南京市河西水系水质现状为例,建立了一维河网水量水质模型,根据从长江引水的线路、方式及规模,利用所建立的模型,分析了南京市河西水系各河流引水冲污改善水环境的效果。分析结果表明,引水冲污能使城市河道污染浓度快速下降,有效改善城市河道水环境。

象限分析法分析沉水植物促淤效应

在研究浅水湖泊中沉水植物促淤、降低水体浊度的原理等问题时,已有的泥沙求解公式不适用,难以准确预测泥沙运动趋势及状态,这就要根据影响泥沙运动的水流流态进行分析。象限分析法近年来被用于分析泥沙运动状态。详细阐述了该方法的基本原理,介绍了通过实测离散数据用以分析紊动结构的方法,分析了试验数据,并揭示了沉水植物降低水体浊度的机理,即因为沉水植物的存在,在其冠顶以下形成下扫水流,将泥沙携带向床面,同时下扫水流在近床面处与该处的喷射水流混合,从而降低了自身能量,促使泥沙沉降、淤积。

城市行洪河道桥群阻水叠加效应量化研究

针对城市行洪河道桥梁群形成的叠加阻水效应问题,以南京市重要行洪通道秦淮河为例,考虑桥墩不过水边界等因素,建立了秦淮河涉水桥梁群的平面二维水流数学模型,对桥群阻水叠加效应进行量化分析。分析结果表明,河道上游水流受桥梁群阻水影响,水位壅高较为明显,壅水高度随桥墩数量的增加而增大。基于计算结果,推导出了桥梁群壅水高度计算公式,并通过滁河六合城区段桥群壅水叠加影响进行了验证,验证结果良好。同时,给出了桥墩在河道两侧及河道中心的位置影响系数值,阐明了桥群壅水叠加机理;所建立的壅水叠加公式较好地反映了河道桥群的阻水叠加效应,为城市河道桥群壅水叠加影响的量化分析研究提供了科学依据。

苦草对明渠水流运动特征影响的试验

为了解含植被水流运动规律,以柔性植物苦草为对象,在室内水槽中开展了苦草斑块对水流时均运动特征影响的试验,观测分析了不同水流(断面平均流速分别为3、5、10cm/s)和不同植株密度(172、86、43、0株/m2)条件下含苦草水流的流速分布结构。结果表明,植被斑块对水平流速分布有影响,在斑块尾部边缘有涡的产生;由于植被的阻流作用,使得植被斑块内部流速沿程减小,斑块外围流速沿程增大;垂线流速呈S型,可划分为底边界层区、冠层次级最大流速区、冠顶过渡区及冠层上部对数流速分布区。植株密度对冠层次级最大流速区影响最为显著,密度越大,流速削减越迅速,逆转梯度越大;断面平均流速越大,植被对水流的影响越显著。

沉水植被对河道悬沙输运过程影响试验研究

河流悬沙可影响水体中动、植物生存和生长,并造成生态污染,威胁河道生态系统的健康。水生植被可以减缓悬沙带来的生态危害。为了探求水生植被环境和生态效应的产生机理,并使其更有效地发挥作用,开展了室内水槽试验,从时均流速、紊动强度、切应力等方面,科学解释了沉水植被抑制泥沙起动、减缓泥沙运输、加快泥沙止动的原理。试验表明,在所研究的植株密度范围内,植株密度与对悬沙沉降并不成线性比例。因此,沉水植被(苦草)用于治理水流悬沙时,可适度选取植株密度,使其既发挥治理成效,又节约经济成本。

柔性植物对水流特性影响研究进展

植物是水生态功能系统中必不可少的因素,是水生态系统中重要的生态因子。目前,大多学者在水流阻力、流动结构等方面对刚性植物做了大量研究,有较丰富的成果,但不同柔韧度的植物对通过其的水流存在较大差异,还没有文章比较全面的总结柔性植物对水流特性的影响,从水流阻力、流动结构及紊动特性等方面回顾总结了当前含柔性植物水流问题研究的主要成果,探讨了当前含柔性植物水生态功能系统尚未解决的问题,并指出了今后的研究趋势。

闸控强感潮河网综合生态治理的数值研究:以崇明岛陈家镇河网为例

文章利用Mike11软件对地处长江口、受强高潮的崇明岛陈家镇相关河网的断头浜疏通、排污引清以及四号河的污染水体原位修复等改善生态环境的综合治理工程措施进行了计算分析。结果表明,工程实施后,在合理的闸门调度下,排污引清5 d后,四号河水质即明显改善,COD降低33%,氨氮降低42%,TP降低21%;四号河的原位生态修复工程可以加快水体的自净。河网综合治理方案的实施可有效改善水质。