基于EFDC模型的太湖微塑料迁移规律及污染概率分布模拟

通过耦合太湖环境流体动力学模型与拉格朗日粒子模型,计算了太湖6个主要输入源的微塑料粒子漂移路径,分析了影响微塑料粒子漂移路径的主要因素,进而评估了太湖湖区的微塑料污染概率。结果表明:微塑料输入源位置和附近湖流是影响微塑料迁移和归趋结果的重要影响因素;受湾内环流影响,湖湾是太湖微塑料的主要归趋位置,竺山湖和贡湖除受纳自身输入源的微塑料粒子,还受纳来自西、南沿岸区的微塑料粒子;竺山湖是太湖微塑料污染概率最高的湖区,污染主要来自湖湾自身输入源和西沿岸区输入源,其次为西沿岸区,其污染主要来自自身输入源和南沿岸区输入源。

三峡库区EFDC模型集成与应用

为满足三峡库区大尺度的水质预测需求,降低专业水质模型使用门槛,实现模型业务化运行,采用涵盖"模型封装-接口服务-系统集成"全过程的模型封装集成技术方法,开展了EFDC模型集成研究,并在三峡库区水质安全评估与预警系统中进行验证和应用.结果表明:(1)基于实例化模型建立的模型预置参数库,是模型业务化运行中参数简化的前提,可有效解决模型本地驯化及模型实例的基础数据复用问题;(2)依据参数识别结果,将模型参数识别为"必调参数、可调参数、默认参数"三类,并采用BS架构对输入文件、输出文件和主控文件中的不同参数进行分类封装,达到参数简化目的;(3)采用半紧密型方式建立的基于Web services的EFDC模型集成接口服务及标准,可为信息系统提供通用的EFDC模型计算服务;(4)该方法在EFDC模型与三峡库区水质安全评估与预警系统集成中得到验证,实现了全库区干流及主要支流CODCr、总磷、总氮等污染因子的长时间序列水动力水质预测联机在线运算,满足了用户在水质影响预测预警中低修改量、高运算效率和良好用户体验等需求,实现了模型的业务化运行.

基于EFDC模型研究文昌清澜潮汐汊道人类活动对水交换速率的影响

文中利用水龄浓度概念,结合计算水交换时间的水质模型公式,在 EFDC（环境流体动力学模型）水动力基础上,分别计算了1965年和2006年清澜潮汐汊道的海湾水交换时间。研究结果表明,2006年的平均水交换时间为107d,1965年的平均水交换时间为114d,发生变化的主要原因是清澜港航道被浚深至7-8m,潮汐动力显著增强,纳潮量增加了4.3%所致。

基于EFDC模型的感潮江段溢油事故风险预测

为了在溢油事故发生后能够立即采取有效措施控制和减轻油污染,降低事故危害,采用环境流体动力学模型(EFDC)对长江下游靖江段某码头进行溢油事故风险影响预测。通过EFDC准确地模拟出该江段的二维流场,在流场、风场以及复杂地形等综合条件下,采用拉格朗日质点追踪法计算油品入江后油膜漂移轨迹以及到达、离开下游保护区的时间。结果表明:油膜沿水流方向逐渐被拉伸,覆盖面积逐渐增大,且受长江地形条件影响;在感潮江段,潮流场对油膜漂移行为的影响占主导作用,同时风场也会影响油膜的漂移行为。受涨落潮的影响,油膜向下游来回震荡漂移;溢油事故发生时刻的流场不同,油膜往下游漂移的速度也不同,当溢油事故发生在落潮时,油膜往下游漂移速度更快;不利风向时风速越大,油膜往下游漂移的速度越快。

EFDC在城市河道防洪安全评估中的应用

以宁波市奉化江鄞州新城区段堤防整治工程为研究对象,采用水动力模型EFDC进行模拟,评估分析了在20年一遇和50年一遇设计洪水位的情况下河段水位和流速的变化情况。研究结果显示,河道整治后能有效地减低洪水水位,提高了排涝和调蓄能力,能够满足防洪要求。本文为防洪预测评估提供了一种有效的预测模拟方法,可供相关研究人员参考。

基于EFDC模型的天镜湖水动力优化调控方案研究

太仓市天镜湖以长江水为水源,补水量只能维持蒸发渗透水量,湖水基本不动,水体极易处于高度富营养化状态。针对该湖现有问题,利用环境流体力学模型(EFDC模型)建立了天镜湖的三维非稳态水量、水龄、污染物颗粒追踪数学模型,对天镜湖水动力优化调控方案进行了模拟(模拟内容包括水位、流速和水龄)。模拟结果表明,通过浏河闸开启向天镜湖引水能够在一定程度上加强湖入口和中心区域的水体流动性能,且浏河闸开启的时间越长效果越好,但引水对天镜湖内部(远离入口处)区域的水动力无明显的改善作用;在西南风条件下,开启浏河闸引水对湖区的水动力改善效果最好;在现状条件下,湖区中存在多处水体交换差的区域(集中在湖周边和远离入口的地方),可能成为天镜湖潜在的水体富营养化高发区。

基于SWMM-EFDC耦合模拟的新凤河流域水环境治理工程效应评估

科学评估水环境治理工程的环境效应,对于制定和优化河湖治理方案、推动科学治污具有重要意义。新凤河流域为北京城市副中心水安全重要保障区,水污染(黑臭)问题突出,为科学评估新凤河水环境综合治理工程效应,构建了基于暴雨洪水管理模型(SWMM)与环境流体动力学模型(EFDC)水陆一体化耦合模拟的工程环境效应评估技术方法,开展流域截污治污、湿地建设、引水补水和初期雨水调蓄工程的环境效应定量模拟评估。结果表明:影响治理工程效果的主要因子包括截污率、湿地处理标准、补水水质和初期雨水调蓄能力;综合工程及各单项工程对水质改善均有积极贡献,以水质污染物浓度平均降低率评价工程贡献结构为综合工程(69.8%)>截污(63.1%)>补水(51.7%)>湿地(50.5%)>调蓄(3.8%),以平均达标率评价工程贡献结构为综合工程(96.7%)>截污(85.2%)>湿地(32.6%)>补水(32.5%)>调蓄(0.9%),以负荷减排评价工程贡献结构为截污(512.4 t/a)>综合工程(319.3 t/a)>湿地(89.9 t/a)>调蓄(21.9 t/a)>补水(-62.6 t/a)。基于SWMM和EFDC构建的水陆一体化耦合模型在水环境治理工程效应评估中具有较好的适用性,对于城市河道的水污染控制具有一定的指导意义。

基于EFDC的咸潮上溯对闽江下游水源地的影响

为保障咸潮上溯情况下闽江下游水源地供水安全,建立基于EFDC的二维水环境数学模型,利用2013年12月同步监测资料进行参数率定,模拟不同流量条件下咸潮上溯的距离以及对水源地的影响。结果表明:咸潮上溯距离与下泄流量成负相关关系;咸潮上溯距离的增加将延长下游水源地的不宜取水时间。为减缓咸潮上溯对闽江下游水源地的影响,建议优化水口水库调度方式,加大下泄流量。

基于EFDC模型的湿地生物塘水质净化效果模拟与优化设计

为研究湿地不同生境生物塘水质净化效果,筛选最佳生境的设计方案,以山东省鱼台县惠河湿地项目为背景,基于环境流体力学模型(EFDC模型),建立惠河湿地范围内的水动力、水质数学模型,并根据生物塘水动力、生物特征和物理形态等因素构建目标函数,进行综合赋分,对湿地中生物塘进行优化设计。结果表明:不同生境生物塘对水质有不同程度的改善作用;水体交换程度适当,生物丰富度大,岸线长,偏离主流的生物塘对水质的净化效果佳。研究筛选出的生物塘生境可为湿地修复与水质改善工程提供参考。

基于EFDC模型的小浪底水库水温研究

准确预测小浪底水库的坝前水温分布对减免水库下泄低温水对下游灌区农作物和水生生态环境造成不利影响有重要意义。利用EFDC模型建立了小浪底水库水温模型,分3种工况(丰水年、平水年、枯水年)对小浪底水库水温进行模拟。模拟结果表明,3种工况下库区坝前水温在11月、12月、1月、2月、3月无明显分层现象,上下层水温相差在1℃之内;4月至10月水库水温出现分层现象,上层年内变幅大,下层年内变幅小;尤其7月份,上下层水温相差可达到12℃左右;小浪底水库建成后垂向有较好的水温分层,水温随着水深的增加逐渐降低。将模拟计算的水温结果与实测水温值进行对比分析,结果表明,EFDC模型用来模拟库区坝前水体的水温分层情况比较理想。

江湖关系变化下雁类生境格局模拟及雁类种群的响应——以都昌保护区为例

2003年后江湖关系变化导致鄱阳湖湿地秋季快速退水,滩地提前出露,草洲面积不断扩张。1998—2020年环湖调查数据表明:越冬候鸟种群总量稳中有升,但雁类种群数量急剧增加。为分析候鸟生境及数量变化成因,从“水文-洲滩-植被-雁类”耦合关系入手,针对鄱阳湖雁类分布最为集中的都昌保护区,基于水动力模型分析了2003年前后保护区水域、洲滩的动态变化规律,根据洲滩梯次出露的特征,结合苔草(Carex spp.)、蓼子草(Polygonum criopolitanum)两种优势洲滩植物群落的淹水时长建立了反映高程梯度的生境适宜度评价模型(Habitat suitability index, HSI),结合鸿雁(Anser cygnoides)、豆雁(Anser fabalis)及白额雁(Anser albifrons)的数量变化分析了模型的敏感性。结果表明:2003年后,同一高程带洲滩在退水期的出露时间比2003年前提前约30 d, 2003年后相同日期的洲滩出露面积较2003年前增加约一倍。1990—2019年雁类生境适宜度指数(HSI)分值总体呈增加态势。9—12 m不同高程带洲滩的出露时间及其面积占比是HSI分值变化的主要因素。相关性分析结果表明鸿雁、豆雁和白额雁的数量随HSI分值增大显著增加,并呈指数曲线变化。当HSI分值大于0.5时,雁类数量急剧增长,尤其在2017—2019年表现明显,洲滩出露过程与雁类迁飞节律较为匹配是该现象的主要成因,确定了洲滩适宜出露时间窗口期——从9月15日(年内自然日第258天)到11月4日(年内自然日第308天)。提出了江湖关系变化下雁类生境保护的建议。研究可为基于越冬雁类保护的生态水文过程调控方案提供科学依据。

湖泊水动力模型外部输入条件不确定性和敏感性分析

以我国典型的大型浅水湖泊太湖为研究区域，采用国内外常用的环境流体动力学模型（EFDC），结合拉丁超立方取样（LHS）方法，研究湖泊水动力模型中4个重要的外部输入条件，即3个边界输入条件（出入湖流量、风速、风向）和1个初始输入条件（初始水位），对模型水动力模拟结果（水位、水龄以及流场）的影响与贡献．结果表明，初始水位的设定对模拟全湖水位和水龄产生决定性影响，不确定性的贡献率分别达到85．73％．和1166．125％，对垂向平均流速影响的贡献率只有3％；风速对表面流速模拟结果影响较大，贡献率达到58．70％，而对水位和水龄的贡献率分别为5．25％和3．00％．在垂向上，各层流速受外部输入条件不确定性的影响规律相似，贡献率排序为风速（55％-60％）〉风向（10％-15％）〉初始水位≈出入湖流量（1％～5％）．因此在模拟大型浅水湖泊水动力过程时，可以根据不同的输出目标能够有针对性地提高外部输入条件的准确度，为提高模型精确度提供有效信息．

鄱阳湖水龄季节性变化特征

基于环境水动力学模型EFDC源程序,建立了染色剂模型和水龄模型,在将模型与航测水文数据验证吻合的基础上,分别计算了鄱阳湖自然条件下春、夏、秋、冬季的水龄和倒灌前后鄱阳湖染色剂和水龄分布的变化,以及五河水系各分支河流水龄.分季节的水龄计算表明鄱阳湖水体交换受季节性来水影响明显.夏、秋季的水龄相对较小,在多数年份又受到长江水倒灌的影响导致水龄有所增大;冬、春季水龄较大,亦无长江水倒灌现象,相较于夏、秋季,水域面积明显减少.分支流的水龄计算表明,西南湖区的水体交换主要受到赣江的影响,西北湖区水体交换主要受到修水和赣江的影响,南部湖区主要受到抚河与信江的影响,东部湖区主要受到饶河的影响,湖心区和入江水道则受到五河水系的综合影响.同时水龄的研究表明拟建的鄱阳湖水利枢纽工程"调枯不调洪"的原则是合理的,为鄱阳湖水利枢纽工程论证提供了重要的参考依据.

太平水道悬移质输运数学模型

基于环境水动力学数学模型对太平水道悬移质输运进行了计算 ,计算中用水平方向上的曲线正交坐标与垂直方向上的Sigma坐标相结合以及三维数学模型二维化的方法。并且在模型中嵌入悬移质输运模块 ,从而建立了一个针对太平水道的水流泥沙数学模型。计算结果与实测结果比较表明 :模型较好地重演太平水道潮流场以及悬移质输运过程 。

虎门太平水道航道整治工程潮流数模计算

采用环境水动力学数学模型(EFDC)对太平水道航道整治工程前后的潮流进行了计算,分析了整治工程前后的水位、流速的变化情况并确定6个整治方案中的推荐备选方案。计算中用水平方向上的曲线正交坐标与垂直方向上的Sigma坐标相结合以及三维数学模型二维化的方法。计算结果与实测结果比较也表明:文中模型较好地重演太平水道流场,可以用于工程实际中的沿岸及受潮汐影响的水道潮流场的计算。

突发水污染事故中污染物输移主导水动力识别——以深圳湾为例

河口地区感潮河段水动力过程复杂,为在突发水污染事故中合理制定精细化应急方案,基于环境流体水动力模型(EFDC)从水动力学角度对不同水文条件下深圳河口水域突发水污染事故的影响范围、时间及程度进行了数值模拟分析,提出了一种判断河口海湾地区主导水动力因素的分析方法。采用基于傅里叶变换的频谱分析法对事故中污染物输移扩散的主要影响因子进行了准确识别,并采用单因变量多因素方差分析法进行了印证。结果表明,潮流是感潮河段水动力过程的主要驱动因素,但在突发水污染事故中,深圳河各断面特征污染物浓度变化与陆地径流关系密切,径流是感潮河段内突发事故中特征污染物输移的主导动力因素。

环境流体动力学数学模型在太平水道潮流场计算中的应用

采用环境流体动力学数学模型对太平水道潮流场进行了计算 ,计算中用水平方向上的曲线正交坐标与垂直方向上的 Sigma坐标相结合以及三维数学模型二维化的方法。计算结果与实测结果比较表明 :模型较好地重演太平水道潮流场 ,可以用于工程实际中的沿岸及受潮汐影响的水道潮流场问题的计算。

Falls Lake水库内溶解物输运模拟

溶解物在水库内的输运过程受人为因素影响较大。为研究水库内物质输运的过程和机制,以美国北卡罗来纳州的Falls Lake水库为研究对象,运用EFDC三维数值模型对物质在水库内的输运过程进行模拟研究,分析示踪物平均年龄和滞留时间的分布以及变化。结果显示:理想状态下,流量决定溶解物的输运过程;实际情况中,除流量外,水库的即时蓄水量是影响输运过程的另一个重要因素;水库结构和径流分布是导致示踪物在各区域局地滞留时间存在差异的主要因素。

闽江下游径流量和北港分流比变化及其对水龄的影响研究

利用闽江下游多年水文资料,分析了干流流量时空变化和北港分流比变化趋势,并借助EFDC模型研究水口水库下泄流量和北港分流比对闽江下游水体水龄的影响。分析表明:闽江干流径流量年际变化不均匀,北港分流比则经历了由小变大再变小的趋势。模拟的闽江水龄结果可知水龄与下泄流量成反比关系,北港分流比减小将增加北港水体交换时间,同时减少南港水体交换时间;水龄可以定量地描述污染物在北港河道的停留时间,为保障北港水源地水质安全,需要增大枯水期上游水口水库下泄流量和增大北港分流比。

白石水库饮用水水源保护区划分合理性研究

饮用水水源地水环境安全事关人民生命健康,是生态环保工作的重中之重。饮用水水源地保护区划分以类比经验法为主,无法反映保护区内水质指标的时空分布及达标情况。利用EFDC建立白石水库垂向平均的二维模型,模拟其水动力和水环境变化过程,对水库水龄、污染物迁移衰减规律进行分析,评价类比经验法划定的饮用水水源保护区的合理性。通过验证水位库容曲线,丰、平、枯3种典型年水位对应曲线的相对均方根误差均小于0.1,纳什系数均大于0.85,水质模拟曲线模拟趋势与实测数据一致,模型可靠。研究发现,在丰、平、枯3种典型年条件下坝前平均水龄分别为304.4,656.4和673.2 d,水库水力交换周期长;在丰、平、枯3种水动力条件及设计污染物边界条件下模拟污染物衰减过程,结果表明除丰水年取水口处氨氮超标外,其余条件下取水口水质均可达标;以116 m水位(库首)对应高程线以下全部水域为一级保护区的划分范围可以满足取水口水质要求,验证了上述策略在保护区划分上的合理性。