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基于MIKE21模型的汉江中下游水环境影响风险研究.docx

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基于MIKE21模型的汉江中下游水环境影响风险研究.docx

上传人:科技星球 2024/5/26 文件大小:974 KB

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文档介绍:该【基于MIKE21模型的汉江中下游水环境影响风险研究 】是由【科技星球】上传分享,文档一共【19】页,该文档可以免费在线阅读,需要了解更多关于【基于MIKE21模型的汉江中下游水环境影响风险研究 】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。基于MIKE21模型的汉江中下游水环境影响风险研究??赵晓磊(上海勘测设计研究院有限公司,上海200335)1引言由于水资源过度开发和缺乏保护,我国江河湖海正遭受严重的水环境问题,迫切需要加强治水工作[1]。遵循新时代治水要求,基于“安全、清洁、健康”的理念,我国围绕水资源管理、水环境治理、水生态保护、水景观建设和水管理措施等方面,提出控源截污、内源治理和生态修复等治理工程来提升水环境质量和加强水资源保护[2]。湖北省结合本省实际,于2017年针对汉江流域正式执行《湖北襄阳市汉江流域水环境保护条例》,并充分运用水质同步监测、遥感技术和地表水环境数学模型等手段,搭建汉江流域预警预报平台[3~5],以此达到精准预测、科学分析、严格评判的作用,打通汉江流域预警通道“最后一公里”。汉江是长江中游最长的一级支流,全长1577km,近年来汉江中下游水环境事故频发[6,7],如硅藻水华事件、水体富营养化污染等,导致流域水质变差,严重影响沿江用水安全。本研究基于汉江中下游多年水质数据,应用MIKE21软件[8,9],建立二维水动力水质耦合模型,对汉江中下游水动力和水质变化过程进行模拟,分析污染物扩散及其影响变化,以期增强流域预警预报能力,为流域水生态环境风险管控提供理论支撑。2汉江中下游水环境现状评价根据2017年正式执行的《湖北襄阳市汉江流域水环境保护条例》要求,汉江干流要求满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅱ类水质标准,支流则满足Ⅲ类水质标准。、襄阳、余家湖及仙桃等断面2008~2014年水质监测数据,选取CODMn、氨氮、TP作为代表指标,对各断面进行水质分析。监测结果(图1)显示,~4mg/L之间,~,~,除2011年7月份氨氮超标外,其余月份水质均满足Ⅱ类水;襄阳断面CODMn浓度在1~3mg/L之间,~,~,水质较好,均能达到Ⅱ类水质;~4mg/L之间,~,~,可见余家湖断面大部分时间段能够达到Ⅱ类水质,但2008及2009年水质较差,部分月份出现Ⅲ类甚至Ⅳ类水,超标因子为氨氮和TP;~,~,~,除个别月份CODMn和TP超标外,其他时段水质均能满足Ⅱ类标准。总体而言,从CODMn、氨氮、TP3个指标来讲,汉江中下游干流各断面水质基本较好,除2008~2009年余家湖断面水质较差外,其它断面基本能够满足Ⅱ类水质要求。、唐白河断面2008~2014年水质监测数据,选取CODMn、氨氮、TP作为代表指标,对入汇支流各断面进行水质分析。监测结果(图2)显示,小清河断面CODMn浓度在2~21mg/L之间,~,~,小清河断面2008~2012年水质较好,而2013~2014年水质较差,未能达到Ⅲ类水质要求;~,~,~,CODMn在大部分时段均能达到Ⅲ类标准,而氨氮、TP大部分监测时段浓度较高,水质未能达到Ⅲ类水质要求。总体而言,从CODMn、氨氮、TP3个指标来讲,汉江中下游入汇支流各断面水质大部分监测时段均无法保证满足Ⅲ类水质,部分时段水质污染较为严重,尤其是氮污染比较严重,需要特别重视。,沿途经襄阳市、宜城市、钟祥市、潜江市、仙桃市等县市,跨东经111°29′~113°57′,北纬30°22′~32°34′,呈西北东南方向分布。收集重要水位站(襄阳、余家湖、宜城、皇庄、沙洋、仙桃)逐日水位数据、流量站(襄阳、余家湖、皇庄、仙桃)逐日流量数据以及重要水质站(襄阳、余家湖、仙桃)逐月水质数据、重点排污口和支流等监测断面的流量和水质数据,以丹江口坝下断面为上游边界,汉川断面为下游边界,构建MIKE21二维水动力-水质耦合模型,并对模型进行率定验证。,由于汉江干流又长又窄,用三角形网格需要大量网格才能反映地形,故沿河道主流采用四边形网格,不仅可以减少网格量,减少计算时间,同时也能反映地形。本研究范围共划分为23765个单元网格,包含21588个节点(图3)。流域DEM数字高程共包含215199组原始数据,将高程数据导入到坐标系中,对网格进行高程插值,得到汉江中下游地形图(图4)。,地形差异较大,造成各河段之间水位相差较大,将模拟时期第一天的河道水位作为模型的初始水位。汉江中下游面积广阔,单一污染物的模拟评价并不能准确反应流域内水质情况,因此选取CODMn、氨氮和TP作为水质模型模拟的指标,水质初始条件采用模型计算第一天的各污染物浓度,,,。本研究分别以丹江口坝下断面逐日平均流量和汉川断面逐日平均水位作为水动力模型的上、下边界,以丹江口坝下逐月水质作为水质模型入流边界。经实地调研和查阅资料,发现汉江中下游存在多个污染源和支流汇入,由于缺乏地形数据,将污染源和支流的流量及污染物浓度概化为点源输入到模型作为支流边界,经分析,该模型存在30个排污口和4条支流(唐白河、小清河、蛮河、竹皮河)汇入。(底床摩擦力)表示水域底部对水流阻力的大小,是水力学模块中重要的率定参数[10,11]。汉江中下游地形情况复杂,底床糙率需根据不同地形设置不同数值。查阅相关资料,并经过多次率定后,确定不同地形区域边界处底床糙率采用分段常数插值方法生成(图5),,,,,,。[12],表示污染物在水流的作用下衰减的快慢。查阅相关文献,并经过多次率定后,,,。,通常采用2个目标函数来衡量模型结果,即绝对平均误差(AME)和均方根误差(RMSE):图5底床糙率分布(1)(2)式(1)、(2)中,ai为实测值;bi为预测值;n为预测值个数。AME和RMSE值越接近0,说明模型模拟精度越高。输入2014年7~12月份上下游断面水位流量和入汇支流流量作为初始条件和边界条件,得到各断面水位(图6)、流量模拟结果(图7),并计算实测水位与模拟值的平均误差、绝对平均误差及均方根误差(表1),实测流量与模拟值的平均相对误差(表2)。综上可知,各断面水位验证结果较好,实测水位与模拟值变化过程拟合程度较高,平均误差均小于21cm、、,模拟精度较高;实测流量与模拟值变化过程拟合程度较高,%。说明该水动力模型能较好地模拟汉江中下游水动力学变化过程。,即可模拟得到汉江中下游水质监测断面的水质动态变化过程和污染物浓度模拟结果(图8~10),并计算各监测断面污染物实测浓度与模拟值的平均相对误差(表3)。由图8~10、表3可知,%~%之间,模拟值与实测值比较接近,在可接受范围内。%~%之间,也在可接受范围内。%~%之间,模拟值与实测值变化趋势相近、但相对误差稍大,其主要原因是水体中水环境因子变化复杂、相互影响,且目前大坝调度数据、排污口和支流数据未经完全统计,不能精确反映汉江中下游污染物浓度变化。总体而言,CODMn、氨氮和TP的误差整体在可控范围内,表明构建的水质模型能够较准确的模拟流域内CODMn、氨氮和TP的变化情况。,汉江中下游频频出现突发水污染事故,导致下游水质在短期内突然恶化,严重威胁沿江居民用水安全,制约生态平衡和社会经济的发展。假定余家湖段下游潜江市城北污水处理厂(112°52′23″E,30°28′26″N)入河排污口断面于模拟期内(2014年3月1日)突发水污染事故,污染物就近流入汉江,