基于数值模拟的珠海市竹仙洞水库富营养化研究

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1、基于数值模拟的珠海市竹仙洞水库富营养化研究：基于二维水动力和水质模型对珠海市竹仙洞水库进行了数值模拟，模拟结果显示，随着河道引水量加大，污染物浓度也逐渐加大，但因库水置换周期缩短，发生富营养化的风险并没有随之加大；当河道引水量较小时，底泥释放成为主要污染源，因为库水置换周期延长，发生富营养化的风险也加大。　　关键词：二维水动力；水质模型；水库；数值模拟　　珠海水资源系统组成复杂，供水系统主要通过水库蓄水、泵站提水，管X相通，通过水库向供水单元供水，目前已形成“江水为主、库水为辅、江库连通、江水补库、库水调咸”的原水供水模式。水库在珠海供水系统中具有十分重要的作用。全市每年1

2、.6亿m3生活用水中，多数并非从江河泵站直接进入水厂和水X，而是先进入水库调蓄后统一取X调配。目前已有近20座水库直接并X珠海城市供水系统，直接供水量占15%，水库调配量占总供水量的90%以上，珠海水库以调水和并X联调供水为特点，水库是水源与水厂之间的重要环节，水库水质直接关系进入每家每户饮用水的水质。　　由于长期抽提营养盐水平较高的江水入库，水库富营养化发展较快。据《珠海市供水水库富营养化现状与水质管理对策研究》中显示，95%的普查水库均处于中—富营养水平，尤其是位于市区中心的4座连通的调水水库——银坑、竹仙洞、蛇地坑和南屏水库，其富营养程度远远高于其它水库。竹仙洞水库作

3、为对澳门供水的主力水库，承担着向珠海拱北水厂和澳门青洲水厂供水的任务，研究其富营养化发生机理对富营养化防治及保障城市供水安全具有十分重要的意义。　　1.研究方法及数据　　1.1水动力学及水质模型　　本研究项目主要针对珠海市串联水库的富营养化问题，探讨水库中富营养化有机污染物的及其在串联水库内部输移扩散的特性和规律，拟采用资料收集、整理和分析、现场调研和检测、建立二维水动力和水质数学模型等技术方法。其中采用的二维水动力和水质数学模型介绍如下。　　（1）水动力模型　　水动力学方程组是在对客观物理现象进行概括、抽象、简化，并依据质量守恒定律、牛顿第二定律和能量守恒定律等基本原理而

4、建立的。方程组中包括影响流动的惯性力、重力、科氏力、紊流粘性应力、水面的风应力、底部摩阻力、并考虑水下地形变化的影响，从而得到数学模型。在垂向均匀流速、静水压力分布假设下，不可压缩流体垂直平均二维流动方程为：　　（1-1）　　（1-2）　　（1-3）　　其中：z——水位；——海底高程；H（=z）——水深；u，v——分别为x和y方向的流速；t——时间；g——重力加速度；F——Coriolis参数；——谢才系数。　　（2）水质模型　　近年来，由于工业、农业和生活废水泄入河道、水库、湖泊和近海地区，引起一系列水质污染所带来的问题，所以估计这种水质污染的范围、程度以及如何控制，成为

5、急迫需要解决的问题。二维流场的计算模型往往与二维水质模型结合在一起，先计算流场，然后利用流场计算所得结果接着计算浓度场。　　描述污染物在水中迁移扩散的基本方程是基于质量守恒定律导出的对流扩散方程。　　（1-4）　　式中，C——垂向平均污染浓度　　、——分别为x、y方向上的扩散系数　　k——降解系数　　——源项　　其余符号同前。　　1.2研究区数据　　（1）水库基本信息　　竹仙洞水库坐落于南屏将军山与湾仔加林山之间，在南部水库群中库底高程最低，目前仍是对澳供水主力水库。竹仙洞水库为小型水库，集雨面积2.81km2，总库容261万m3。水库南侧与银坑水库、蛇地坑水库通过隧道、渡

6、槽连通，来水可自流进入水库；北侧则通过南竹隧道与南屏水库连通。水库补水除集雨面积内雨水外主要通过洪湾泵站抽取磨刀门水道原水补给。咸期磨刀门水道原水咸度严重超标情况，由平岗泵站和竹银系统（竹洲头泵站和竹银水库的联合系统）向挂定角水闸与洪湾泵站间的引水渠补水。　　（2）地形数据　　本次数学模型采用的水库地形为2009年全球30米分辨率数字高程数据，数据于中国科学院计算机X络信息中心国际科学数据镜像X站。根据水库的坝顶高程，截取所需要的水库范围，提取各串联水库群水库地形数据。　　（3）控制因子　　富营养化过程是自养性生物（浮游藻类）在水体中建立优势的过程。：基于二维水动力和水质模

7、型对珠海市竹仙洞水库进行了数值模拟，模拟结果显示，随着河道引水量加大，污染物浓度也逐渐加大，但因库水置换周期缩短，发生富营养化的风险并没有随之加大；当河道引水量较小时，底泥释放成为主要污染源，因为库水置换周期延长，发生富营养化的风险也加大。　　关键词：二维水动力；水质模型；水库；数值模拟　　珠海水资源系统组成复杂，供水系统主要通过水库蓄水、泵站提水，管X相通，通过水库向供水单元供水，目前已形成“江水为主、库水为辅、江库连通、江水补库、库水调咸”的原水供水模式。水库在珠海供水系统中具有十分重要的作用。全市每年1.6亿