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浅水湖泊蓝藻水华聚集动态模拟和预警技术

所属领域: 水污染防治 > 其他 [匹配需求]
行      业: 其他
地      区: 江苏
成  熟 度: 推广阶段
关  键 词: 浅水湖泊,蓝藻水华聚集动态,预警
合作方式: 直接购买 ,直接购买
信息来源: 水污染防治先进技术汇编(水专项第一批)
技术持有方: 环境保护部南京环境科学研究所
点  击 数: 809

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基本信息

技术概述

梅梁湖历来是太湖污染问题严重的湖区之一,又因在该湖区及其周边水域内有沙渚、马山和小湾里三个在用和备用饮用水源地,故其也成为了太湖最敏感的水域之一。本研究成果基于重污染区域内的实时水环境自动监测数据以及水文气象、水下地形、遥感影像等资料,通过构建综合考虑水动力条件、气象条件、营养盐条件和底泥影响的水质蓝藻预测预警模型,并使用长时间序列的、大量而又系统的实测资料进行模型的参数率定,实现了在太湖重污染区的水质和蓝藻水华的初步业务化预测预警。

技术优势

基于太湖梅梁湾重污染区风生流与吞吐流协同作用的浅水湖泊流场特征分析与模拟,实现了浅水湖湾氮、磷污染源源解析与总量估算;构建二维水动力学模型耦合浮游植物生态学模型的蓝藻生消模型,预测精度达到75.6%,处于同类预测预警领先水平。

适用范围
湖泊藻华生消动态变化预测预警
鉴定评估
2015水污染防治先进技术汇编
应用案例

案例名称:太湖重污染区水环境风险评估预警

案例概述:浅水湖泊蓝藻水华聚集动态模拟和预警技术已无缝嵌入到太湖重污染区水环境风险评估预警平台中,并于2011 年4 月投入试运行。本成果使目前“仅具有蓝藻监控功能”上升到“对未来3 天蓝藻水华暴发的预测预警”,已蓝藻水华空间聚集与动态变化监控、梅梁湾及同类区域蓝藻水华预警预报方面实现了初步业务化应用。

技术详情

⑴ 梅梁湖区域范围小尺度预测预警模型建立

① 数据采集与模型计算网格划分:首先搜集整理相关文献资料,了解湖泊蓝藻销往模型的研究现状与研究进展,在此基础上选取模型所需要使用的水动力子模块、浮游植物生态子模块等,并完成模型构建的准备工作。针对计算区域(梅梁湾湖面总面积约127km2)复杂不规则的边界特征,采用无结构的任意三角形网格进行剖分。划分的三角网格的边长为200m 左右,划分出的三边六节点网格单元数为3959 个,节点总数8163 个,非中间节点数3282 个。

② 模型构建与求解:在第一阶段研究工作的基础上建立基本的浅水湖泊二维水动力和物质输移的基本方程,将浮游植物生态学机理中较为成熟的动力学方程耦合到物质输移方程的源汇项,建立起综合考虑水动力条件、气象条件、营养盐条件和底泥影响的蓝藻生消模型,并运用有限体积法对构建的模型进行求解。以此为思路,对模型运行的源代码进行合理的编写和调试运行,生成模型计算的可执行文件。应用二维非恒定流浅水方程组描述梅梁湖水流动。采用有限体积法及黎曼近似解对方程组进行数值求解,通过有限体积法的积分离散并利用通量的坐标旋转不变性把二维问题转化为一系列局部的一维问题进行求解。首先根据计算区域的天然地形采用任意三角形组成的无结构网格剖分计算区域。然后逐时段地用有限体积法对每一单元建立水量、动量和浓度平衡,确保其守恒性,用黎曼近似解计算跨单元的水量、动量的法向数值通量,从而模拟出太湖梅梁湖湖区的水流过程。一方面保证数值模拟的精度另一方面使方程能模拟包括恒定、非恒定或急流、缓流的水流-水质状态。
将浮游植物生态学机理中较为成熟的动力学方程耦合到物质输移方程的源汇项,建立起综合考虑水动力条件、气象条件、营养盐条件和底泥影响的蓝藻生消模型,并运用有限体积法对构建的模型进行求解。以此为思路,对模型运行的源代码进行合理的编写和调试运行,生成模型计算的可执行文件。模型输入参数包括风速、风向、NH3-N, TN, TP 和 DO 等指标,输出主要指标为叶绿素浓度。

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