基于不同运行模式的官厅水库水质过程模拟

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官厅水库作为北京市及周边地区重要的城市备用水源地,其水质健康与否具有重要的战略意义。本文以官厅水库为研究对象,通过实测数据分析,建立官厅水库水动力-水质三维模型,计算氮磷等营养盐在水库中的迁移转化过程,并结合目前官厅流域生态流量和外流域调水等问题,进一步定量计算出官厅水库在不同调水和生态下泄运行模式下的水质变化,以期为官厅水库科学运行管理和水质改善提供参考。本研究得出主要结论如下:
  (1)官厅水库2010-2017年常规监测水质数据中DO、NH3-N、CODMn、BOD5多年平均浓度分别为9.77、0.45、4.76和2.54mg/L;TP、TN常年处于高浓度,多年平均浓度分别为0.15mg/L和3.44mg/L。
  (2)建立了官厅水库水动力-水质三维模型,经验证,水位的拟合度较高,WT与DO的相对误差分别为10.33%~24.72%、11.01%~22.32%,NH3-N与COD相对误差均在30%内,而TN、TP相对误差分别为23.70%~29.45%和13.98%~29.16%。
  (3)计算表明:官厅库区流速较小,各库区流场在丰、平、枯水期分布差异明显。近坝区温度与溶解氧具有明显的分层特征,表层水温在0~25℃之间,平均13℃;底层水温保持在10℃以内;溶解氧表现为表层水体趋于饱和(DO>10mg/L),而底层长期处于缺氧或厌氧状态(DO<2mg/L)。
  (4)模拟表明:TN浓度冬季最高,夏季稍低,秋季与春季相对较低,但在夏季,库区底层水体中出现一个小高峰,冬季表层水体浓度高于底层。TP浓度随时间动态变化呈现出夏季较高、秋季稍低、春冬季整体浓度不高,垂向波动较小的特征。Chl-a浓度主要集中在夏秋表层水中,春冬季节浓度均较低。
  (5)在调水和生态下泄作用下,Chl-a浓度下降约3.62~7.22ug/L,但仅考虑调水或生态下泄,对Chl-a浓度影响不大。TP浓度在生态下泄后期处于低值状态,而在引黄调水初期显著增加。TN浓度在仅考虑生态下泄情景时变化不显著,在考虑引黄调水后,TN浓度平均增加122.19%,同时考虑引黄调水和生态流量下泄情景时,TN呈现先增加后减小的变化趋势。工程实践中可以考虑引黄调水增加库容,以此降低氮磷浓度,同时考虑生态下泄来降低Chl-a浓度,限制藻类生长。
  本研究方法和结果对科学认识及定量求解外流域调水对水库生态调度作用下官厅及其类似条件的水库库区水质变化过程和水库水环境的科学管理具有一定的应用和参考价值。
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