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藻类动力学模型和三维水流模型结合及其应用

文献类型:学位论文

作者张成成
学位类别硕士
答辩日期2014-05
授予单位中国科学院研究生院
授予地点北京
导师陈求稳
关键词太湖 SALMO SELFE 三维水生态模型 富营养化 Lake Taihu SALMO SELFE eco-hydrodynamic model eutrophication
其他题名Integration and Application of Algae Dynamic Model and Three-Dimensional Hydrodynamic Model
学位专业环境工程
中文摘要      湖泊富营养化治理的根本是污染控制和生态修复,但湖泊生态系统的恢复是一个漫长的过程。在此期间,开发并应用数值模型,对太湖水质和藻类时空动态进行模拟,分析蓝藻水华控制方案,对于加强湖泊水环境管理和提升藻类水华应急能力具有重要意义。
      本研究以太湖为对象,将湖泊生态模型SALMO与水动力模型SELFE结合,建立了太湖三维水生态模型,模拟了太湖 2009~2011年不同风场条件下的太湖流场特征,以及磷酸盐、硝酸盐、溶解氧、浮游动物生物量和三类浮游植物功能群(硅藻、绿藻和蓝藻)生物量的时空动态变化,并通过情景分析研究了藻类生物量与环境因子之间的响应关系,以期为太湖富营养化治理和水华管理提供依据。
      本研究得到的主要结论如下:
      1.开发的三维水生态模型可以较好地模拟太湖不同风场条件下的流场特征。东南风、西北风和东北风等 3种主导风场条件下的太湖流场模拟结果与文献中结果基本一致。
      2.开发的三维水生态模型能够用于太湖营养盐、溶解氧、浮游动物和藻类时空动态的模拟。尽管不同站点的模拟效果存在差异,浮游生物峰值模拟结果尚不理想,但是各站点模拟结果与实测结果变化趋势吻合。参数率定不足、参数空间一致性,以及模型部分过程缺失,可能是造成模拟结果不理想的原因。
      3.控制内源磷(P)是减轻太湖富营养化、防治水华的有效手段。情景模拟表明控制内源氮(N)对藻类生物量影响很小,控制内源 P可以大幅度减少藻类生物量,生物操控的综合控藻效果并不显著,而全球变暖则对藻类生长有促进作用。
英文摘要      The treatment  of eutrophication for Lake  Taihu relies on  pollution control and ecological restoration, but the restoring process of the lake ecosystem tends  to take a long time.  In the  meantime, development  and application of  a numerical  model in order to study  the spatial and temporal  variation of water quality  and algae, as well as   to  analyze   algal   bloom  control   schemes,   will  have   great   significance  in strengthening  lake  management  and  improving  emergency  response  capacity   of algal blooms.
      Lake   Taihu   was   taken   as   the   study   object,   and   a   three   dimensional eco-hydrodynamic  model was  established  by  coupling  the lake  ecosystem  model SALMO  with  the hydrodynamic  model  SELFE.  The  model was  then  applied  to simulate the  water level  changes in  Lake Taihu  from 2009  to 2011, the  flow field characteristics under  different wind conditions, and  the spatial-temporal changes  of phosphate,  nitrate, dissolved  oxygen,  zooplankton biomass,  and  algae biomass  of three  functional groups  (diatoms, green  algae and  blue-green  algae), before  being used   to    analyze    the   interactive    relationships   between    algae    growth   and environmental factors  with scenario  analyses  to provide  basis for  the treatment  of eutrophication and the management of algal blooms in Lake Taihu. Several conclusions from the study were reached as follows.
      1.  The  model  developed  in  this  study  could  well  simulate  the  water  level changes for three  years and the flow  circulations under different wind conditions  in Lake Taihu. The modeled flow fields under  prevailing winds blown from south-east, north-east and  north-west, were in agreement  with results of  a previous study  from literature.
      2.  The model  could  be conducted  to  simulate  the lake’s  nutrients,  dissolved oxygen, zooplankton and algae dynamics. Although  the simulation results at various sites  were  either  good  or  bad,  and  the  plankton peaks  could  not  be  effectively followed,  the  trends of  water  quality  parameters  for  each site  were  generally  in agreement  with  the  observations.   Insufficiency  of  parameter  calibration,  spatial consistency of  parameter setting, along with  absence of some  ecological processes,were likely to be the main causes of bad model performance.
      3. Controlling the internal phosphate release  appeared to be an effective way to attenuate  the degree  of  eutrophication and  to  restrain algal  blooms.  The  scenario analyses showed that, decreasing the internal nitrate release had almost no impact on algae  biomass, reducing  the  internal  phosphate  could bring  a  significant  drop  of algae biomass, the  comprehensive depressing effect  from bio-manipulation was not remarkable, and global warming would promote the growth of phytoplankton.
公开日期2015-07-08
源URL[http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/15733]  
专题生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室
推荐引用方式
GB/T 7714
张成成. 藻类动力学模型和三维水流模型结合及其应用[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2014.

入库方式: OAI收割

来源:生态环境研究中心

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