基于MIKE21模型模拟的异龙湖水动力特性与生态补水效果研究

异龙湖是云南九大高原湖泊中面积最小、水量最少、最易受人类活动干扰的湖泊,近年来湖泊水质波动性变化特征明显,湖区水质尚未企稳向好。针对异龙湖流域水文资料匮乏、水质资料较少且湖区水质受气候及人类活动干扰响应明显等特点,依托数值模拟技术来模拟并反演湖区水动力与水质演变过程十分必要。采用GPS示踪浮标法、声学多普勒流速剖面仪监测法和加密加频监测入湖河流与湖泊水质的方式,开展异龙湖生态补水前后的湖泊水动力与湖区水质监测,具象化分析及展示补水水质改善效果,并同时构建了基于MIKE21的平面二维水动力与水质耦合模型。模拟预测结果表明,在常年主导风场西南偏西风下,南北湖岸流向为西北—东南,湖心呈顺时针环流,湖东存在逆时针小环流,在湖西有明显的弱流区,不利于水量、物质交换;年内水质浓度COD总体呈现湖西低-湖中湖东高、雨季明显高于旱季的时空分布格局;在年补水量约3 500万m^(3)和多点、最大补水能力1.95 m^(3)/s的“旱季(11月至次年5月)补水”方案下,湖西、湖中、湖东3个点位COD年均浓度分别可改善约27.6%、24.0%、18.1%,补水带来的水质改善效果十分明显,可为异龙湖生态调度与湖泊水生态修复改善提供良好的决策支撑。

基于Mike21模型的鸭绿江支流排污口水质影响分析

识别排污口尾水排放对周边水体的影响范围对防范和处理水污染事故具有重要意义。本研究采用MIKE21模型建立水动力模型,通过耦合对流扩散模型研究分析改扩建项目入河排污口设置对鸭绿江支流水质的影响程度和范围。结果表明:在最不利的水文条件下(保证率为90%最枯月),排污口正常排放时,COD浓度和氨氮浓度均满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的Ⅲ类限值标准;排污口事故排放时,排污口至下游边界约5 000 m的河段COD和氨氮浓度均超出地表水Ⅲ类限值标准。为防止水污染事故发生,在实际运行中应设置事故应急池,污水处理站无法正常处理尾水时,应将尾水存放至事故池,严禁直接排放入河。该研究成果可为鸭绿江支流水环境管理提供依据,也可为沿岸排污口设置及优化提供一定的理论指导。

基于MIKE11的浑太河水动力水质模型研究

基于MIKE11构建了浑太河流域主干河流—浑河、太子河水动力水质数值模型,并对浑河闸、葠窝水库两座大型水利工程进行概化处理,利用长序列逐日水文资料对模型参数进行率定与验证。研究结果表明,水动力、水质及可控制水工建筑物模拟精度高、拟合效果好,能够充分反映研究河段水动力及水质特征,可为水质预测、水质水量联合调度等水利工程相关研究提供模拟响应工具。

基于MIKE11模型的长河动态水环境容量分析

为探究水环境容量的动态特征,明晰非感潮河流水体的污染治理方法,选取山西长河为研究水体,针对COD和氨氮两种污染物,采用MIKE11模型与传统一维水质模型法对比分析水环境容量计算结果。结果表明:1)MIKE11模型法下月均水环境容量史村断面COD为7.59g/s、氨氮为-0.09g/s;双河底断面COD为6.54g/s、氨氮为-0.11g/s;川底断面COD为20.89g/s、氨氮为0.21g/s;石淙头断面COD为19.63g/s、氨氮为1.11g/s。与一维水质模型相比展现出明显的动态特征;2)MIKE11模型法能更好的考虑水质现状、水文要素和排污情况等综合因素对河流水环境容量的影响,计算精度更高;3)丰水期水环境容量最大,枯水期水环境容量最小,其大小与流量流速等水文要素有着密切的关系。研究可为长河水环境保护与治理提供新的思路。

水动力-水质模型在水库污染防治中的应用研究

水库的水质及污染情况关乎当地生态环境的发展。为了分析流水作用下水库的污染情况及污染物扩散规律,以白鸽陂水库为研究对象,基于MIKE21建立该水库的水动力-水质模型,对该水库的污染物分布规律进行分析。结果表明,采用水动力-水质模型对水库的坝前水位进行计算的准确性较高,采用该模型可准确反映水库的水体流场变化规律。当BOD浓度下降至1.0mg/L时,3个坐标的时间-BOD浓度曲线均存在微弱的上升趋势。这是由于洪水开始前期,水库的水流速度较快,水流紊乱,形成水流漩涡,导致污染物难以扩散,其污染物浓度微弱上升;随着时间的增大,BOD浓度逐渐减小,其曲线变化趋势逐渐趋于平缓,此时水库的污染物完全扩散。不同污染物的扩散趋势具有一定的差异性,而且测点位置也会影响各污染物浓度,表明不同测点位置的污染物扩散程度不同。

基于MIKE21研究生态补水对巢湖水质时空分布的影响

选取引江济淮工程中引江济巢段的2条生态补水路线,设计3种生态补水方案:方案一为西兆线、菜巢线双线引入巢湖,经裕溪河巢湖闸流出;方案二为兆河单线引入巢湖,由白石天河的白山节制枢纽流出;方案三为生态补水经兆河单线进入巢湖,经裕溪河巢湖闸流出。利用MIKE21软件建立巢湖水动力水质耦合模型,模拟巢湖水动力和水质时空变化过程及4个敏感区域(南淝河入湖口、峔山岛、忠庙和饮用水水源地)的水质改善效果。总体看来,方案二对南淝河入湖口、峔山岛、忠庙水质改善效果最优,而方案三使饮用水水源地总磷(TP)浓度降幅最大。方案二降低了峔山岛、忠庙区域蓝藻暴发的潜在风险,使总氮(TN)/TP分别从14.7、13.4降至7.4、4.0;方案三使饮用水水源地的TN/TP从10.0降至4.8,降低了饮用水水源地蓝藻暴发的潜在风险,但3个生态补水方案中南淝河入湖口区域的TN/TP均在15~20,表明蓝藻暴发风险依然较高。引江济巢工程对巢湖水环境改善有积极的效果,可以保证巢湖市饮用水水源地的水质安全,但由于西半湖的水动力环境未得到改善,蓝藻暴发的潜在风险依然较高,因此,要优化生态补水方案,并有效控制入湖河流流域的地表径流污染、农业面源污染及城市合流制系统的溢流污染。

基于MIKE21的小清河感潮河段水质数值模拟研究

为改善小清河感潮河段水质状况,提高水环境污染防治能力,以小清河感潮河段为研究区,利用MIKE21模型构建水动力水质耦合模型,选择主要超标污染物COD、TN、TP,利用实测水质数据对模型进行率定、验证,并模拟了不同上游来水水质、不同污染物削减条件和不同水文期突发水污染事故共3种情况下感潮河段水质变化,结果表明:经率定、验证后的水动力水质耦合模型适用于小清河感潮河段;当上游来水为Ⅳ类水时,COD、TP基本达标,TN超标,当上游来水为Ⅴ类水时都不达标,应尽量控制上游来水水质达到Ⅳ类标准,并加强流域水体TN污染治理;削减30%的点源、面源污染能够有效减少COD、TP污染,但对TN改善效果不佳;污染水团在平水期迁移过程中对水体的影响持续时间较长、浓度较大,丰水期污染物迁移速度较快,应急处理时间较少。

温州市主城区平原河网水动力水质联合调控优化研究

为满足受水区水量水质需求,结合水利工程调度能力,综合分析调控水资源、解决水环境突出问题,构建水量水质联合调控优化方法及评价体系,得到调水引流的最佳组合方案。以温州市主城区平原河网为例,基于MIKE11水动力水质耦合模型,采取“集中出流,轮番配水”的思路,构建“代表河长+片水”水量水质联合优化方法,进行水动力水质联合调控模拟,确定3个外排水闸轮番开启2~5天能达到较好的水量水质联合调控效果,为研究区优化配水调度提供技术支撑。

MIKE11模型在浑河流域水质预测中的应用

针对辽宁省浑河流域沈阳段水环境污染严重的现状,应用MIKE11模型构建了流域水动力和水质耦合模型,利用水质实测资料进行了参数率定及模型检验,分析了参数取值的合理性;并研究了不同情景下该流域水质变化趋势及水质改善的效果。结果表明,模型在率定期和验证期模拟效果均良好,可供水质研究参考并为未来沈阳市污染物排放控制提供理论依据。采用自然增长、社会调控与社会-环境-经济协调发展三种情景进行水质预测,分析了不同发展方式的合理性,结果表明第三种方式最有利于经济环境健康发展。

基于MIKE11的太子河观—葠河段水文水动力模型研究

针对辽宁省太子河观音阁水库至葠窝水库河段水环境污染严重的现状,采用MIKE11软件构建了流域水文水动力模型,以流域水量平衡和枯水期流量拟合效果佳为原则,利用长序列逐日气象水文实测资料进行了参数率定及模型检验,并分析了参数的敏感性和取值合理性。结果表明,模型在率定期和验证期模拟效果均良好,可供水质研究及库群与闸坝联合调度方案研究参考。

MIKE11软件模块在引调水项目退水应急调度中的应用

滇中引水工程大理Ⅱ段总干渠线路全长104.071km,文章利用MIKE11软件对总干渠建立水动力数值模型,计算复核退水能力发生变化时,所造成事故影响段的有压长度与压力水头,并作总干渠事故影响段的退水安全性分析。结果表明:MIKE11软件模块能够可靠模拟该输水工程退水能力变化条件下沿线水位、有压长度、压力水头等情况,选取的数值求解方法及参数是适宜可行的。

水动力-水质模型在人工湖优化设计中的应用

以青海省德令哈市人工湖为例,介绍了MIKE水动力-水质耦合模型在人工湖引水流量及湖体形态优化设计中的应用情况。通过对人工湖形态的网格划分,在大量模拟方案的基础上,系统模拟了人工湖不同点位的水体交换完成时间,确定了2条引水渠道的引水流量和引水周期;通过人工湖"新"、"老"水体的对流扩散模拟,确定了湖体重污染潜在区域和富营养化高发区,为湖体形态和水体流态的优化提供了重要技术支撑;通过对风场叠加方案的模拟,为工程运行期间换水时机的选择提供了关键的参考依据。

基于一维水动力-水环境耦合模型的长兴港生态流量研究

【目的】长兴港是太湖流域重要的城市河流,对其开展生态流量研究并确定合理的生态流量管控值,对保障长兴港水生态环境健康、提高当地人民群众幸福指数具有重要意义。【方法】以长兴港新塘断面2016—2020年的逐月水生态监测数据为对象,明确了长兴港非汛期、汛期的水环境约束指标;并基于MIKE 11软件,构建了一维水动力-水环境耦合模型;从保障水生态环境质量、缓解水华爆发的营养条件的角度出发进行了生态流量研究。【结果】结果显示:长兴港非汛期约束指标为NH_(3)-N、COD_(Mn)和BOD,汛期约束指标为NH_(3)-N、TP和COD_(Mn);通过对比实测数据与模拟数据可知,水位、流量的模拟值与实测值间的Re均小于10%,R^(2)和Nash-Suttcliffe系数分别大于0.6和0.9,各时期的水环境主要管控指标的模拟值与实测值间的Re均小于17%;最终计算得到长兴港非汛期和汛期合理的生态流量管控值分别为2.59 m^(3)/s和2.63 m^(3)/s。【结论】结果表明:研究构建的一维水动力-水环境耦合模型符合长兴港的实际情况,能够应用于长兴港生态流量研究,可以解决水动力和水环境模块单独使用不能表征河流特点的问题,为河流生态流量的研究和管控提供了更为科学、高效的工具;研究提出的生态流量管控值具有可达性,可切实有效地改善长兴港水生态环境、抑制水华爆发并为长兴港的生态流量管控和“幸福河”构建等工作提供理论与技术支撑。

浅水湖泊群连通与调水的二维水动力-水质耦合模型研究

将湖泊群连通并进行引清调水的水环境污染治理模式在浅水湖泊分布比较集中的地区逐渐受到人们的关注。为了探究独立湖泊群相互连通引水后各湖区的水动力水质变化情况,以武汉大东湖生态水网工程的建设为背景,建立了湖泊群二维水动力-水质耦合模型。采用适合复杂边界的非结构化网格,考虑湖底地形和气候条件,考虑污染物的输入、迁移和转化,以及蓝藻等浮游生物的生长条件,分别利用东湖2006年6月和2007年6月的野外数据对所建模型进行参数的率定和校核,并利用2012年6月实测数据对3种引水方案与3种连通模式组合情况下湖泊群的BOD5,TP,TN以及Chl-a等生化指标的变化情况进行模拟,对稳定运行30 d后的模拟结果进行比较分析。结果表明:引水工程中,对于水域面积较大的湖泊,风力作用依旧是影响流场的主要因素;同样的引水流量下,不同的调水方案对水质改善结果有较大差别;湖泊群中隔堤的存在会给湖泊污染治理带来困难,而在湖泊群中适当区域设置生态小岛对水质变化过程影响微弱。

基于水动力-水质模型的湖库纳污能力量化

"湖库纳污红线的核定"是我国最严格水资源管理制度中三大核心内容之一,也是保障城市供水安全、水资源可持续利用的关键问题之一。我国现行纳污能力的计算往往采用对稳态水质模型的解析求解,但无法获得不同来水、排污和内源污染等多种因素影响下水体纳污能力的时空动态变化。水动力-水质模型能够反映湖库水质和外部营养负荷之间的定量关系,可精细模拟水质指标在库区内的时空变化过程。基于EFDC模型,以深圳市重要饮用水源地——石岩水库为例,构建了水库三维水动力-水质模型,动态模拟了水位和水质的时空变化;并按照水功能区目标要求,探讨了该水库典型年的纳污能力的季节性变化。结果表明:EFDC模型能够准确模拟石岩水库水动力和水质要素的变化过程,水位、COD_(Mn)和NH_3-N模拟的相关系数达到了0.97、0.60和0.90;基于构建的三维水动力-水质模型,考虑到排放口位置和条件、水质的时空分布特点、底泥释放等实际因素,计算得到石岩水库2011年COD_(Mn)和NH_3-N纳污能力分别为2 158、511 t/a;纳污能力的季节性差异很明显,夏季和秋季较大,春季和冬季较小。研究成果可为我国饮用水源地水质管理和污染控制提供科学依据,也可为我国最严格水资源管理制度的实施提供一定的参考和借鉴。

基于MIKE11模型的水量水质联合管理信息系统开发

在对引滦沿线历年水情、工情数据整理分析的基础上,利用丹麦DHI MIKE 11模型系统,建立引滦输水沿线河道水动力、水质扩散模型,同时开展水量水质联合管理研究,在此基础上建立引滦输水水量水质管理信息系统,实现对水量水质数据的信息化管理。

水文-水动力-水质模型耦合应用现状综述

随着城市化进程,评估生态环境是在流域低影响开发和制定区域决策方案中至关重要。集成流域与河流模拟原理,构建水文-水动力-水质系列模型,优化现有模型结构,更好的服务于水环境日常管理。文章主要介绍现有水文-水动力-水质耦合模型框架,通过模型耦合来源、机理,针对复杂流域水系,综合分析面源点源污染,常见水文-水动力-水质耦合模型应用分析,有助于水环境耦合模型开发应用。

考虑水动力条件及水系连通的平原河网圩区畅流活水方案

针对平原河网地区水动力条件不足等问题,以嘉兴市新塍镇为例,探究不同畅流活水方案对河道水质的改善效果。构建MIKE11水动力学水质耦合模型,分析“引水/水系连通—水质”驱动响应规律,以NH3-N浓度为主要指标,分析不同活水方案的水质改善效果,并提出优化调控方案。结果表明,集中引水对区域水质改善影响较小,分散设置多个引水点可明显提高水质;直接对水质较差河道进行补水,污染物消减率在8%~30%之间,水质改善效果较明显;合理的水系连通工程可进一步增加畅流活水方案水质改善效果。

基于MIKE11的长江上游一维水动力学模型研究

金沙江下游梯级水电站的建设,对长江上游珍稀特有鱼类保护区内鱼类的繁殖生境产生巨大影响。文章运用MIKE11软件构建了长江上游宜宾-朱沱江段一维水动力模型,并利用2007年日序列水文站水文数据进行参数率定,结果表明,模型在率定和验证期模拟效果良好。利用模型输出结果对建模江段的水动力特征进行评价,以期为保护区鱼类栖息地研究和保护提依据。

基于MIKE11的辽河流域一维水质模型

根据辽河流域的特点,将基于水动力和水质模型原理的MIKE11软件应用于辽河上游水域排放限值制定的整体技术路线中,模拟污染物在水体中迁移扩散和衰减的过程。通过对辽河上游福德店到通江口段河流的模拟,验证了用MIKE11软件建立辽河流域水动力模型的可行性,进而在水动力模型的基础上建立河流一维水质模型。结果表明:MIKE11软件用于模拟污染物在水体中迁移扩散和衰减的过程是可行的,有节约人力物力、计算准确、便于操作和结果可视化等优点。