调水工程对五里湖水环境影响分析

收稿日期：2002!05!23基金项目：国家自然科学基金资助项目（50239030）作者简介：丁玲（1979—），女，江苏淮安人，博士研究生，主要从事环境水动力学、环境评价方面的研究.调水工程对五里湖水环境影响分析丁玲1，逄勇1，赵棣华2，李一平1，彭进平1（1.河海大学环境科学与工程学院，江苏南京210098；2.南京水利科学研究院，江苏南京210024）摘要：建立了五里湖二维水流水质耦合模型，并对模型参数进行率定.应用该模型模拟五里湖在不同计算工况下的CODMn浓度，分析调贡湖水入五里湖时五里湖水质的改善状况.计算结果表明：（a）各引排水方案下五里湖水质均能逐步达标，但所需引排水时间不同.（b）陆典桥处不抽水时，五里湖西部区水质很难得到改善.（c）考虑底泥释放时五里湖水质达标时间较未考虑时长3~4c.建议对五里湖进行清淤.关键词：调水工程；环境影响；水质模型；调水流量；底泥；太湖；五里湖中图分类号：TV68；X820.3文献标识码：A文章编号：1000!1980（2003）04!0366!04近年来，太湖富营养化现象日趋严重，并经常爆发“水华”事件.太湖受污染最严重的区域为五里湖.目前，五里湖全年水质已劣于类水.要治理太湖，首先要治理五里湖.五里湖水环境整治工程包括挡污、截污、调水、清淤、退渔还湖及湖岸整治工程，调水工程是其中的重要组成部分.调水工程计划从长广溪引水质较好的贡湖水（基本属于#类水）入五里湖，加快五里湖水质的转化.为了预测调水工程对五里湖水环境的改善效果，本文在对五里湖水环境现状调查评价的基础上建立二维水环境数学模型，计算并分析各种引排水方案下五里湖水质的改善状况.!二维水环境数学模型本文根据工程需要，建立了五里湖二维水流水质耦合模型，使用高性能Osher［1］格式逐时段、逐单元计算跨越控制体界面法向数值通量，从而模拟出水流过程和相应的污染物输运扩散过程.模型边界处应用黎曼不变量计算各种通量，与内部计算格式相同，避免了因边界处理不当引起的误差［2］.!.!二维水流水质耦合数值模拟原理1.1.1平面二维水流!水质耦合方程二维浅水水流方程和对流!扩散方程的守恒形式可表达为!!!t+!f（!）!x+!g（!）!y=6（!）（1）其中!=［h，hu，hw，hc］Tf（!）=［hu，hu2+gh2/2，huw，huc］Tg（!）=［hw，huw，hw2+gh2/2，hwc］T式中：!———守恒物理量；f（!）———x向通量；g（!）———y向通量；h———水深；u，w———x向和y向垂线平均水平流速分量；c———污染物（COD等）浓度；6（!）———源（或汇）项.1.1.2有限体积法的基本方程定义矩阵F（!）=［f（!），g（!）］T，在任意形状的单元!上对式（1）积分，利用散度定理可得到有限体积法的基本公式为!!!!tc=-##!F（!）IcL+!6（!）c（2）式中：F（!）I———法向数值通量；c，cL———面元积分和线元积分.离散方程（2）并利用f（!）和g（!）的旋转第31卷第4期2003年7月河海大学学报（自然科学版）JOurnaIOfHOhaiUniversity（NaturaISciences）VOI.31NO.4JuI.2003不变性［3］，得有限体积法的基本方程为AC!Ct=-!m=1T（!）-1f（!）AJ（!）（3）式中：———单元第边的长度；A———单元的面积；m———单元的边数.在单元各边两侧!（或!）值可能不同，当单元界面上!（或!）值不连续时，可通过解局部一维黎曼问题求得f（!）［2］.1.2初始条件及边界条件1.2.1初始条件初始条件为U=U0，V=V0，Z=Z0（Z为水面高层），c=c0.1.2.2边界条件a.流量及水位边界条件：O=O0，Z=Z0.b.浓度场边界条件：进水边界c=c0；出水边界为第2类边界条件，即#c#I=0.1.3模型参数率定将五里湖划分为104个四边形单元网格，共134个节点，最大网格尺寸为250mX200m.利用现有资料对模型参数进行率定，选用2001年10月13日的CODMn为模拟对象.1.3.1计算边界条件的确定水量边界条件：由出入五里湖的实测流量资料确定.水质边界条件：入流边界CODMn的浓度根据2001年排入五里湖的主要污染源排放量确定.1.3.2水质模型率定结果考虑计算稳定性及精度，取时间步长!t为1S；综合考虑地形、水生植物等因素的影响，取单元初始糙率为0.020.水质参数考虑扩散系数、降解系数及底泥释放率系数，其中降解系数为考虑生物降解和复氧过程的综合系数.利用2001年资料进行计算，调整各水质参数，使五里湖湖东、湖中、湖西3个监测点（见图3）的表1二维水质模型参数Table1Parametersof2Dwatergualitymodel参数纵向