鄱阳湖流域模型研究
# 流域概述
鄱阳湖流域位于中国江西省中部,是中国最大的淡水湖泊——鄱阳湖的周边地区。该流域的面积约为16.2万平方公里,涉及江西省的9个市、73个县。流域内的主要河流有赣江、信江、抚河、饶河等,其中赣江是流域的主要支流。
鄱阳湖流域地形起伏不大,平均海拔在100米左右,是江西省的主要农业生产区之一。流域内有大量的水资源,同时也是重要的矿产资源区,主要包括钨、铜、铅、锌等矿藏。
该流域的气候属于亚热带季风气候,夏季炎热潮湿,冬季寒冷干燥,年平均温度在15℃左右。由于该流域地势低洼,水资源丰富,加上工业化和城市化进程的加速,流域内也存在着一定的环境问题,例如水资源污染、生态破坏等。
总体来说,鄱阳湖流域是一个重要的经济区域和生态区域,也是中国南方重要的农业生产基地之一。近年来,相关部门已经加强了对流域环境保护的力度,以确保流域内的可持续发展。
# 现状问题
# 水资源
水资源短缺:鄱阳湖流域水资源总量虽然丰富,但由于流域内人口和经济的快速增长,对水资源的需求不断增加,导致水资源的供需矛盾日益突出。特别是在干旱季节,一些农业灌溉用水和城市生活用水的供应出现了不足的情况。
水资源利用不合理:由于水资源管理不够科学,一些流域内水资源利用不合理的现象也较为常见。例如,一些地区的农业灌溉方式不科学,水利用效率较低,同时也浪费了大量水资源。此外,一些工业企业的用水过程中也存在着一些浪费行为。
# 水环境
- 水污染:流域内的化肥、农药和养殖废水等对水体造成污染。一些城市的生活污水和工业废水没有得到有效处理,直接或间接地污染了流域内的水体。水污染严重影响了水体生态环境,损害了水生生物的健康。
- 洪涝灾害:由于流域内的地形地貌和气候环境等因素,鄱阳湖流域经常发生洪涝灾害。大规模的洪水会对流域内的农业生产和居民生活造成影响,严重时会危及人民生命财产安全。
# 水生态
生态系统破坏:流域内的填湖造田、围湖造地、采沙挖矿等活动,以及大规模的水利工程建设,对水生态系统造成破坏,影响生物多样性和生态平衡。
# 已有研究
# 《鄱阳湖流域水环境状况评价及其污染特征分析》
该研究对鄱阳湖流域的水环境进行了评价和分析,包括水质、水生态、污染源、水文气象等方面。通过对流域内27个采样点的水样进行采集和分析,得出了以下结论:
鄱阳湖流域的水环境总体上处于污染状态,其中中下游地区污染程度更为严重。水质状况主要受到氮、磷等营养物质的影响,以及农药、重金属等污染物的影响。
鄱阳湖流域的水生态系统存在破坏现象,其中农业灌溉、填湖造田等活动对湖泊生态系统的影响较大。同时,水利工程建设和河道治理也对生态系统造成了影响。
鄱阳湖流域的水污染源主要来自于农业、城市生活污水、工业等方面。其中农业排放的污染物是主要的污染源,占总污染物排放量的70%以上。
鄱阳湖流域的气候变化对水环境状况也有影响,流域内的降水和水位变化都与气候变化密切相关。
该研究通过对鄱阳湖流域的水环境进行全面的评价和分析,揭示了水质、水生态、污染源、水文气象等方面的问题,为制定流域保护和治理策略提供了科学依据。同时,该研究还对流域内的污染源进行了分析和识别,为治理工作提供了方向。
# 《鄱阳湖流域水环境质量评价及其时空变化研究》
该研究对鄱阳湖流域水环境质量进行了评价和分析,并研究了水环境质量的时空变化。通过对水质监测数据的分析,得出了流域内水环境状况呈现逐年恶化的趋势,并且不同区域的水质状况存在差异。
# 《鄱阳湖水域浮游植物时空分布特征分析》
该研究通过对鄱阳湖水域内浮游植物的调查和分析,研究了其时空分布特征。结果表明,浮游植物的种类和数量存在季节性和空间差异,其中夏季水域内的浮游植物密度最高,而东、南、西、北四个湖区的浮游植物群落结构存在差异。
# 《鄱阳湖流域水污染治理技术研究》
该研究对鄱阳湖流域的水污染治理技术进行了研究,包括生物、物理和化学处理等方面。通过对不同技术的试验和比较,得出了针对不同污染物的治理技术和方案,并提出了可行的治理措施。
# 我们的研究
# 齐雪萌,贾鹏,陆宝宏,陈凯麒. 2020,《鄱阳湖入江水道地形改变对湖水动力特征的影响研究》
该研究通过总结入江水道地形影响因素和演变、研究其地形的改变对鄱阳湖水动力特征的影响,根据入江水道地形变化规律,设置地形平均变化的三组工况,建立鄱阳湖二维水动力模型,经过率定验证,糙率取值 0.023~0.035,水位验证效果较好,模型结果可信。对不同地形下的水位、流速、流场结构、水面比降、出湖流量、枯水时长、枯水位-水面面积进行对比分析,比较全面地研究地形对水动力特征的影响,主要结论如下:
- 自 1952 年以来,入江水道先后呈现冲刷、轻度淤积、冲刷的过程,湖盆高度变化的范围是0~11m。冲刷时,河床右侧变化明显,最大可超过 16m。
- 汛期水位较高时水位不易受地形影响,水位较低时湖水汇入河槽,水位随着地形的抬升而上升,湖口至松门山的水面比降随之降低。
- 整体上入江水道流速随地形的抬升而增大,主湖区涨水期流速随地形的抬升而减小,低水期流速随地形升高而降低,地形高程平均抬升 2.67m,两区域的特征点位流速变幅分别为-0.03~0.13m/s和-0.22~0.47m/s。改变地形没有导致新的环流结构生成,入江水道处流向发生微小改变。
- 入江水道地形的抬升会减缓湖水出流的速率,缩短枯水持续时长,缓解枯水初期水位下降速度,增大枯水位以上水面面积。当地形抬升 2.67m 时,冬季湖口出流流量减小的最大值为 573.89m/s,以星子站 12.75m水位为划分标准的枯水时长缩短 1天,以星子站 9.65m 水位为划分标准的较重枯水时长缩短了3天,水位波动较小时,9.65m 以上水面面积最多增大 2x108m2。入江水道地形抬升能够缓解鄱阳湖枯水延长、枯水位低的问题,延长水流在湖内的流动时间。
# 张帆,王庆改,贾鹏,操家顺. 2021,《鄱阳湖流域磷污染削减对九江域水质改善的模拟研究》
该研究对九江市滨湖区农业农村面源的入湖污染负荷进行了估算,基于Mike21FM非结构网格模型和ECOLab生态模拟模块构建鄱阳湖水动力水质模型,选择鄱阳湖九江域8个国控监测点位的总磷浓度作为研究对象,开展情景模拟,分析鄱阳湖九江域总磷污染的主要路径及其对监测点位总磷浓度的贡献占比,提出鄱阳湖流域总磷污染削减方案,为改善九江域的水质提供参考。 本论文主要结论如下:
- 鄱阳湖上游五河入湖径流量差别较大,五河水质主要为I~Ⅲ类;鄱阳湖湖区水位整体呈现出“南高北低”的趋势。2017年鄱阳湖九江域整体水质为Ⅳ类,超标因子为总磷,该区域8个国控点位均存在超标现象。
- 对九江市滨湖区农业农村面源入湖污染负荷进行了估算。由于九江市滨湖区岸线较长,先将滨湖区按照行政区划划分,并统计各行政区面源负荷,然后按照流域水系特点将行政区农业农村面源分配至更小的空间单元--水环境控制单元,进而将面源年排放量分配转化为日尺度排放浓度,以满足水质模型的输入条件。
- 基于Mike模型构建了鄱阳湖水动力和水质模型。对水动力模型进行了率定和验证,进一步采用确定性系数、纳什系数证实该模型适用性较好。水质模型构建时,基于ECOLab 自带的 WOnutrients.ecolab模板,结合本研究数据收集情况及鄱阳湖流域污染源和水体水生态特征,对该模板进行了本地化改正,对主要参数进行了敏感性分析,并进行水质模型率定和验证,计算得到各点位总磷浓度相对误差整体在可接受范围之内,水质模型适用性较好。
- 基于水动力水质模型对鄱阳湖流域总磷污染削减进行了情景模拟,确定了九江域总磷污染的主要污染路径及其对8个点位总磷浓度贡献占比,得出为使各点位达标,需上游五河和九江市滨湖区农业农村面源协同削减的结论。本研究选取了五河入湖水质同为Ⅱ类、五河入湖水质为现状值两种情况,综合考虑点位的主要污染路径贡献占比、上游河流流量和总磷入湖浓度、九江市滨湖区农业农村面源排放量等因素,给出8个点位涉及上游河流、九江市滨湖区的总磷具体削减量。
# 唐文豪,贾鹏,陆宝宏. 2022,《鄱阳湖枯水期上游来水变化对湖区水动力特征的影响研究》
该研究设计了三种调度情景以增加枯水期赣江、修水和昌江不同量级的入湖流量。基于MIKE21 构建了鄱阳湖区平面二维水动力模型,率定并验证了所构建的模型,模拟了上游不同的水库调度策略下丰水年2010年10月至次年3月鄱阳湖区的水文情势,研究成果对鄱阳湖湖区生态环境的保育恢复及非汛期水资源合理调度利用具有一定的指导意义。 主要得出以下结论:
- 枯水期增加赣江、修水和昌江入湖流量,可在一定程度上缓解修水下游蚌湖、大湖池、沙湖、赣江主支下游以及都昌至入江水道水位偏低问题。其中,情景三时可提升蚌湖、大湖池、沙湖 11月~1月水位0.07m~0.65m,月均0.10m~0.29m;可提升吴城12月水位0.09m~0.43m,月均0.20m;可提升星子至都昌12月中旬至1月中旬水位0.11m~0.30m,平均 0.14m~0.19m。
- 以都昌站为代表站,对鄱阳湖枯水等级进行划分,三种调度情景下严重枯水分别减少 14、17、20天,且均有1天由一般枯水转为非枯水。
- 大汊湖东侧及东南侧的主湖区、主河道周边洲滩、蚌湖、撮箕湖附近区域等水面面积均有所增加,三种情景下平均增加严重枯水时期水面面积41.46km、59.15km、74.69km2,平均增加严重枯水时期水体容积5.52亿㎡、7.88亿m3、9.55亿㎡
- 三种情景下可增加修水、赣江下游至入江水道及附近流速,增幅均低于0.10m/s,东部及南部湖区流速变化不明显。
- 鄱阳湖枯水期间,流场结构为重力流和顶托流,按照设计情景增加入湖流量不会改变流场结构,流向整体无明显变化,修水下游及赣江下游流速略有增大。