城市景观湖泊水动力学模拟研究——以西安浐灞雁鸣湖2号湖为例

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随着国家城市化进程推进速度的不断加快,为改善不断恶化的城市环境,越来越多的城市景湖泊应运而生,城市景观湖泊作为城市绿色的象征,其不仅能作为市民休闲娱乐的场所,调节区域小气候,而且在对一座城市的环境生态系统的改善方面,具有特殊的存在意义,本文应用水动力学相关理论结合MIKE21模型构建西安沪灞雁鸣湖2号湖的二维水动力学模型,模拟分析了湖体在水量、风场等不同条件下流场、浓度场的变化趋势,为日后开展湖体的综合治理、水环境优化配置和管理的提供技术依据,通过对湖体的研究分析,论文得出以下结论:   (1)根据雁鸣2号湖2008年水质监测数据,对MIKE21模型在雁鸣2号湖的适用性研究表明,几项主要污染物数据的误差基本处于10%之内,MIKE21在雁鸣2号湖具有较强的适用性。   (2)雁鸣湖区2号湖湖体的水质主要受入湖水质的影响,属于磷控制型富营养化湖泊,富营养化程度介于中度富营养化及富营养化之间,水质情况整体处于地面水环境质量Ⅲ类水质,湖体的水环境状况较差。   (3)湖区全年流速均值只在出口处及入口处较大,约为0.04-0.07m/s之间,区域约为湖体面积的5%;湖泊主体区域内流速处于0.001-0.003m/s之间,尤其是水流进入大湖体区域后,流速基本处于0.001-0.002m/s,并在湖体东西两侧护岸地带形成流速小于0.001m/s区域,面积约为湖体的20%。流场流动方向为由南向北、沿湖心岛两侧向湖心岛中心处集中,至出湖口流出。   (4)湖区全年主要污染物浓度分布与入湖口的流量、浓度相关。COD与TN分布情况相似,湖体浓度分区明显,湖体浓度由南向北逐渐降低,湖体整体COD浓度处于14.4-12.8mg/l,TN浓度处于2.1-3.3mg/l;TP的浓度分布规律不存在明显的分区现象,湖泊TP浓度整体处于0.046-0.047mg/l,在湖心岛西北岸及大湖区中心区域形成一段低浓度带,面积约占湖体总面积的2%,浓度约为0.045mg/l;同时,由于在湖体西北边岸附近水动力条件较差,存在一面积约占湖体面积2%的低COD、高TN、高TP的浓度带,浓度值分别为COD10mg/l、TN3.5mg/l、TP0.047-0.050mg/l。   (5)持续风力条件作用下,湖区的流场、浓度场均发生变化明显,主体流速经过大约1小时后,由0.001-0.003m/s增大至0.016-0.08m/s,浓度场的浓度值也得到了有效的消减,提高了湖体的纳污能力,以东北风及东南风提高效果最明显;在短时风力下,相对于流速场,湖区浓度场的变化较小;短时风力条件作用骤停后,流场会在短时间内恢复初始无风时的形态,其中顺水流方向的风大约需要3小时左右,小于逆水流方向7小时的恢复时间,而浓度场的恢复时间相对较长,顺水流方向的风大约需要1-2天左右,小于逆水流方向3-4天的恢复时间。   (6)湖区的水体置换时间主要取决因素为湖体引水量的大小,湖体的置换时间随流量的变大而不断减小,但随着入湖流量的不断增加,湖体中高浓度带到达出湖口的时间、高浓度带置换湖体时间及浓度带达到稳态时间的减少量不断变小;在湖体年均流量0.2m3/s的情况下,高浓度污染物经过5天的时间会达到出湖口处,10天后湖体原有水体会基本被高浓度污染带置换结束,仅在湖体的西北岸及东北岸会有小范围的低浓度区域,面积约占湖体面积的9%。
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