基于藻类活动影响的湖库pH值建模

基于藻类活动对水体pH的重要影响,文中应用MIKE 21软件平台建立水动力水质耦合模型,以叶绿素a浓度指示藻类生物量,考虑对流扩散作用、水-气交换,以及藻类呼吸作用、藻类光合作用、浮游动物呼吸作用、有机物降解等生态动力学过程,选取湖库在日常运行中便于获取的水质及环境参数,借助CO_(2)SYS-Program程序辅助计算,建立了一个实用型的湖库pH值模型,并应用于华东地区两座具有不同水文水质特征的饮用水水源型水库。模拟期间(2020年5月-2021年5月)两座水库输水口的模拟与实测pH值的平均相对误差分别为1.02%和0.77%,平均绝对误差分别为0.086和0.062,均方根误差分别为0.111和0.082,利用2022年4月-6月的实测数据对模型进行验证,验证精度与率定相当,且模拟与实测趋势均具有良好的一致性,表明模型能够较好地反映不同藻类活动影响下的湖库pH的动态变化。所构建的模型输入参数较少,所需数据获取便捷,对于华东地区湖库pH建模具有较强的实用性和通用性。

基于水龄的陈行水库流场特征分析

水龄能够指示湖库内部各水域的水体更新效率,是反映湖库流场特征的重要指标之一。文中以陈行水库为研究对象,在构建库区二维水动力水质模型基础上,应用拉格朗日颗粒追踪法,分析不同情景下库区流速流向和水龄的空间分布特征,并基于库区氯化物浓度分布特征初步探究了水龄与水质的关系。结果表明:吞吐流决定了陈行水库库区的环流形状与方向,当入库流量从10 m^(3)/s增加至20 m^(3)/s时,全库平均流速提升至1.5倍,平均水龄从1.20 d缩短至0.92 d,表明水龄与入库流量之间不呈现简单的线性关系;库区大部分区域对进水的响应时间明显缩短,但西南沿岸区域的水龄始终超过1.50 d。不同风向下,库区环流规模以及水龄分布规律均呈现异质性。相对于静风情景,东南风驱动下的环流规模向西北方向压缩,库区西南侧局部区域出现新的滞水区,全库平均水龄延长约1倍;西北风则可显著降低库区西侧的水龄,水龄高值区出现在库区东北侧。库区氯化物浓度与水龄分布趋势整体相反,代表性点位的水龄与氯化物浓度呈现显著的负相关关系,表明水龄可有效解释库区氯化物浓度的空间分布特征,对氯化物等保守性物质在库区的迁移扩散过程具有较好表征作用。研究结果可深化对陈行水库流场特征的认识,为水库的水质管理提供支撑,同时也可为湖库流场研究提供新的思路。