异重流环境中游动型藻类与水动力耦合机制研究及数值模拟

《异重流环境中游动型藻类与水动力耦合机制研究及数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号密级＿＿＿ＵＤＣ编号中？水剩水电斜嗲蚵究虼学位论文异重流坏境中游动型藻类与水动力耦合机制研究及数值模似学位类别博士学科专业水力学及河流动力学研究生刘丰指导教师吴一红教授白音包力阜教授中国北京二〇一八年五月图书分类号码密级１ＵＤＣ博士学位论文异重流环境中游动型藻类与水动力耦合机制研宄及数值模拟刘丰指导教师一红教授中国水利水电科学研究院（职称＇学位＇单位名称）吴Ｊ（职称、学位副导！市、单位名称）白音包力皋教授中国水利水电科学研究院申请学位级别博士专业名称水力学及河流动力

2、学论文提交日期年月日论文答辩日期２０１８年５月３０日—学位授予单位和日期答辩委员会会主席评阅人年月日注１：注明《国际十进分类法ＵＤＣ》的类号。ＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｆｏｒＤｏｃｔｏｒａｔｅＴｈｅｃｏｕｌｉｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆａｌａｌｓｗｉｍｍｉｎａｎｄｐｇｇｇｈｄｒｏｄｎａｍｉｃｓｉｎｄｅｎｓｉｔｃｕｒｒｅｎｔｓａｎｄｉｔｓｎｕｍｅｒｉｃａｌｙｙｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎＭａｏｒ：ＨｄｒａｕｌｉｃｓａｎｄＲｉｖｅｒＤｎａｍｉｃｓｊｙｙＣａｎｄｉｄａｔｅ：ＬｉｕＦｅｎｇＳｕｅｒｖ

3、ｉｓｏｒ：ＰｒｏｆｅｓｓｏｒＷｕＹｉｈｏｎｐｇＰｒｏｆｅｓｓｏｒＢａｉｉｎｂａｏｌｉｇａｏｙＣｈｉｎａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＨｄｒｏｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈｙｐＭａ２０１８ｙ关于学位论文的独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师指导下独立进行研宄工作所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国水利水电科学研究院或其它教育机构的学位或证书等而使用过的材料。若有不实之处，本

4、人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签名：ｊ年月曰中国水利水电科学研究院学位论文摘要湖泊、水库是人类社会的供水主体，是社会经济可持续发展的重要保障。随着人类活动的加剧，湖库水华频发成为世界范围内重大水环境问题。水华发生机制及水华防控是当前水环境研究的热点。藻类垂向分布的水动力机制主要是藻类自身游动与水动力耦合的力学机制，是水华发生机制的重要组成部分。异重流普遍存在于湖泊、水库中，与水华生消密切相关。本文以典型水华藻种莱茵衣藻为例，深入研究了莱茵衣藻自身游动特性，得到其游动特征参数；通过室内实验研宄了异重流环境中藻类垂向分布特征和规律，揭示

5、了异重流环境中藻类游动与水动力的耦合机制，建立了异重流环境中藻类垂向分布的数学模型；并以三峡支流香溪河为案例，分析了流态对水华生消的影响及藻类聚集的水动力机制，提出了水华防控的生态调度思路和建议。本文取得的主要成果和结论如下：（１）深入研究了莱茵衣藻自身游动特性并首次得出了其游动的特征参数。论文以典型水华藻种莱茵衣藻为研究对象，在排除光照、温度、营养盐等环境因子对藻类游动影响的基础上，深入研究了静水中莱茵衣藻自身游动特性及特征参数，结果表明莱茵衣藻游动能力约为１０６ｎｍ／ｓ游动方向明显偏好于向上；重定位时间Ｂ为；２１０８．ｓ，表征藻类游动的定向性散系数队

6、为〇．〇５／ｓ其游动的随机；旋转扩ｒａｄ，表征性。（２）首次揭示了异重流环境中藻类垂向分布特征及其水动力机制。通过室内实验，研宄了开闸式异重流中莱茵衣藻的垂向分布特征，发现藻类主要聚集在异重流中淡盐水交界面附近的强剪切区域；结合藻类的重力致旋性揭示了异重流环境中藻类聚集的水动力机制，发现异重流中存在明显的藻类聚集区域；并得到莱茵衣藻的水流剪切率阈值为０？．１３０．１５０。（３）建立了异重流环境中藻类游动与水动力耦合的数学模型。根据异重流环境中游动型藻类与水动力耦合机制研究，考虑藻类自身运动及水动力的影响，构建了异重流环境中游动型藻类垂向分布的立面二维

7、数学模型，并得到室内实验以及香溪河实测数据规律的验证。（４）深入研究了香溪河水华频发区流态对水华生消的影响及机制。研究结果表明不分层流态中，藻类在垂向上均匀分布，不易暴发水华；中层倒流中，藻类主要聚集在表一、中两层的交界面下，能在定程度上抑制水华暴发；表层倒流中，藻类聚集在表层水体，容易暴发水华，且异重流强度越大，越有利于水华暴发。根据实ｉ中国水利水电科学研宄院学位论文－１？测数据分析提出香溪河藻类水流剪切率