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洋河水库为秦皇岛市及北戴河区的供水水源地,是‘引青济秦’工程的中转站水库,其水质安全和水量调度管理具有十分重要的意义。自20世纪80年代以来,随着水库周边地区工农业经济的发展,地表径流带入水库的营养盐不断增多,水库富营养化日益严重,水体生态系统退化,每年都有大面积的水华暴发现象,水质变为Ⅳ-Ⅴ类,影响了水库的饮用水源功能。 水动力是湖泊水库水质及水生态系统的驱动因子,水库的水动力结构对水库的物理、化学和生物过程起着重要作用。本文选用并介绍了西澳大利亚大学水研究中心开发的三维ELCOM与CAEDYM水动力水质模型的原理、计算方法等。由于受实验条件限制,本文中模型参数的选取并没有经过实验过程的确定,而是在经验数据和文献数据初步确定的基础上,进行大量试算,通过模拟值与实测值的对比,对模型参数进行率定,最终确定率定后的参数组。 本文运用校准后模型对2009年秋季洋河水库蓝藻暴发过程进行了模拟,模拟值与实测值对比结果显示,模型基本上反映出了蓝藻暴发的过程和趋势,模型模拟结果较为理想,说明经过参数率定后的模型,已能反映出洋河水库实际情况,获得了适用于洋河水库的水质水动力耦合模型。 对蓝藻暴发期间库区的流场进行了模拟,分析了流场对营养盐及藻类输移变化的影响,模拟结果显示,打粉废水排放期间,洋河水库的流场主要受西洋河和东洋河入流的影响,库区中部和北部存在较为完整的环流,南部大坝前水域存在较小的环流,但洋河水库存在的流场无论是顺时针还是逆时针,均有利于污染物向东北库区扩散沉积,对东北库区藻类的暴发生长有一定贡献。 本文依托引青济秦西线工程,探索了蓝藻暴发期间调水对库区流场、营养盐分布及藻类生长的影响,模拟结果显示,以引青济秦工程设计的最大调水量调水,对洋河水库流场影响不大,但由于所调水水质为Ⅱ类水,库区整体营养盐浓度降低,藻类暴发浓度峰值降低,说明调水工程对抑制藻类暴发有一定作用。 为优化调水过程,本文分设了四种假设情景进行模拟,分别设置在藻类暴发前3天、前5天、前10天及前15天开始进行调水,通过结果对比可获得,藻类暴发前3天、前5天开始调水,在一定程度上可以抑制藻类生长,但并不能从根本上抑制藻类的暴发,藻类暴发前10天和前15天开始调水,对于降低藻类浓度抑制藻类暴发效果更加明显,但前15天调水效果只比前10天调水效果略好,藻类浓度并没有继续出现大幅度降低。综合考虑调水过程对改善水质、降低洋河水库藻类浓度的作用和对上游水库的副作用,本文确定,在藻类暴发前10天进行调水,效果最佳。