基于EFDC模型的鄱阳湖枯水期水动力水质模拟研究

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鄱阳湖是我国第一大淡水湖,受流域“五河”和长江来水的双重影响。进入21世纪以来,特别是2003年以后,鄱阳湖水文节律发生了显著变化,主要表现为:鄱阳湖枯水期提前,枯水期延长,枯水位呈现更低趋势。与此同时,受入湖污染负荷持续增长和枯水期自身流速和水位等影响,鄱阳湖枯水期的水环境质量也呈现下降趋势,引起了广泛关注。因此,本文针对鄱阳湖枯水期呈现的水文情势变化新特征及其带来的水环境效应问题,通过EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)模型在鄱阳湖的应用,构建了鄱阳湖水动力-水质耦合模型,选取了2010、2011和2012年三个水文年,分别模拟丰、枯、平三个典型水文年,对比分析枯水期和丰水期的水文和水质变化特征。最后,通过设定鄱阳湖五条主要入湖河流污染物入湖的不同情景,聚焦鄱阳湖枯水期水文情势变化和水环境响应,定量分析鄱阳湖主要入湖河流对鄱阳湖湖区水环境的影响程度和影响范围,为鄱阳湖水环境的治理提供科学依据。论文主要研究结论如下:(1)鄱阳湖水位的年际变化表现为,2003年后,年平均、年最高和枯水期最低水位下降显著,分别降低了9%、9%和7%。枯水期内水位在10、11月基本呈下降趋势,12月至次年3月则为上升趋势。枯水期内,鄱阳湖五条主要入湖河流入湖径流量变化趋势一致,表现为先降后增。其中,10月流量降幅最大,减少了536.41m~3,削减率达28%。鄱阳湖水位的降低,以及10月份流量减幅最大、枯水位提前到来等表现与三峡水库的运行和调蓄时间相关。(2)鄱阳湖水环境的年内表现为:大部分水质指标在春夏季较低,秋冬季较高,最低值出现在夏季(7月),最高值出现在冬季(1月)。进一步分析表明,鄱阳湖的富营养化特征在年内存在差异,并且差异主要是冬季与夏季。年际上,鄱阳湖湖区综合营养状态指数在研究时段(2009-2019年)内总体呈现上升趋势。在年内全湖综合营养状态指数呈现先下降后上升的趋势(春季49.15、夏季45.95、秋季49.93和冬季50.06),在夏季取得最小值。(3)鄱阳湖水动力模块验证中,纳什效率系数(NSE)均在0.90以上,水动力模块模拟精度较高。水质模块验证时,COD平均绝对误差(MAE)在0.5~1.8mg/L范围内,TP在0.15mg/L以内,NH4+-N模拟效果略差些,总体符合鄱阳湖的水动力和水质长时间序列下的状况。鄱阳湖在丰水期水质整体上优于枯水期,且在不同水期,鄱阳湖湖区污染分布相似,但在不同区域浓度差异较大。COD主要分布在中部湖区,TN和TP污染区主要位于鄱阳湖东部和南部区域。(4)在枯水期内,鄱阳湖五条主要入湖河流的COD、TN和TP平均污染分担率基本保持上升的趋势,影响较高区域在55%~85%范围内,三项水质指标的污染分担率大小为:TP>TN>COD。鄱阳湖五条主要入湖河流对河流周围的影响程度较高。而鄱阳湖五条主要入湖河流的COD、TN和TP影响范围变化趋势相似,在枯水期内呈不断上升的趋势。三项水质指标的影响范围大小为:TP>TN>COD。空间分布上,污染的影响范围受流量影响,赣江影响范围最大,而修河最小。
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