湖泊湿地生态系统水动力、水生态数学模型研究

第33卷第5期2015年5月河南科学HENANSCIENCEVo1．33No．5Mav20l5文章编号：1004—3918(2015)05—0814—05湖泊湿地生态系统水动力、水生态数学模型研究王生愿，张万顺，昊扬，刘浩，曾子龙(武汉大学资源与环境科学学院，武汉430079)摘要：探析水生植物的生长机理及与外部环境物质的交换过程，凝练水生植物生长发育特征以及底泥营养物质迁移转化过程的动力特征，基于营养物质在植物一底泥一水体界面的迁移转化理论以及湖泊水动力对水生植物生长过程的响应机理，建立了水一植物一底泥耦合的湖泊湿地生态系统水动力水生态数学模型．关键词：湖泊湿地生态系统；水动力水质模型；水生植物生长模型；营养物质迁移转化模型中图分类号：X143文献标识码：ATheHydrodynamicandWaterEcologicalMathematicalModelofLakeWetlandEcosystemWangShengyuan，ZhangWanshun，WuYang，LiuHao，ZengZilong(SchoolofResourceandEnvironmentalScience，WuhanUniversity，Wuhan430079，China)Abstract：Accordingtothecharacteristicsonaquaticplantgrowthandthedynamiccharacteristicsonthemigrationprocessofsedimentnutrient，basedonthemigrationandtransformationtheoryofnutrientsundertheplant—sediment—waterinterfaceandlakehydrodynamicresponsemechanismofaquaticplantgrowthprocess，weestablishedthelakeshydrodynamicmathematicalmodelcouplingwaterecological——sedimentforthelakeecologicalwetlandecosystem．Keywords：thelakewetlandecosystem；hydrodynamicandwaterqualitymodel；aquaticplantgrowthmodel；nutrienttransportandtransformationmodel随着我国工农业的迅速发展和城市化进程加快，工业废水和生活污水排放量日益增加，湖泊开发活动日益加剧．人类所产生的污染和不合理开发，导致湖泊水质恶化及生态系统退化等问题．改善湖泊水质、优化湖泊生态系统成为全球共同关注的问题．作为湖泊湿地生态系统的最基本组成部分和主要的初级生产者，水生植物对生态系统的物质循环和能量流动起调控作用，是影响湖泊水质、水生态的主要因素之一，其对湖泊水质、水生态的影响机理较为复杂，涉及水生植物生长发育特征、底泥营养物质的迁移转化过程以及湖泊水动力对水生植物生长的响应机理．当前许多学者对水动力水质等方面的问题进行了深入研究，赵琰鑫Ⅲ等构建了湖泊一河网水动力水质数值耦合模型，并将其应用于太湖流域；赖锡军乜等构建了鄱阳湖二维水动力和水质耦合模拟模型，采用非结构网格有限体积法进行离散，以HLLC算法计算单元界面的水量、动量和物质输运通量；美国环境保护局提出的可模拟河流、湖泊等不同水体中常规污染物和有毒污染在水体中的迁移转化规律的由水动力和水质模型两部分组成的WASP模型]．在植物生长与营养物质迁移转化方面，国内外学者也进行了一些探讨：Kleimeiern、Vymazal凸等探讨了收稿13期：2014—11—20基金项目：“十二五”水专项：三峡库区及上游流域水环境风险评估与预警技术研究与示范课题(2013ZX07503—001一O1)作者简介：王生愿(1987一)，男，硕士研究生，主要研究方向为湖泊与湿地生态环境通信作者：张万顺(1965一)，男，教授，博士生导师，主要研究方向为水环境管理及水环境模拟．2015年5月王生愿，等：湖泊湿地生态系统水动力、水生态数学模型研究一815一植物生长发育与营养物质的关系，阐述了营养物质的硝化、反硝化、固氮等物理化学反应对湖泊水环境的影响；Bark0[等的研究表明，水生植物不仅能消耗水体中大量的氮磷等物质，促进营养物质的沉积，降低湖水的营养物含量，还能吸收富集污染物质，提高湖泊的污染自净能力；张万顺口等对流域植物生长与营养物质迁移转化模式进行了研究，建立植物生长与营养物迁移转化耦合模型，定量分析了太湖流域典型区域生物量和底泥中营养物质含量的时空变化规律．目前，国内外对湖泊湿地生态系统的研究主要集中在水