| 标题 | 宽浅型水库水体更新时间数值模拟 |
| 范文 | 张少雄 李昊 摘要：水体中污染物的迁移、扩散与水体更新时间密切相关。基于EFDC建立了宽浅型水库水动力三维数学模型，并用水库实测资料对模型精确性进行了验证。首先利用验证后的数学模型模拟了宽浅型水库365 d流速场和水体更新时间，得到了其水动力特性；然后模拟了无风工况下的水体更新时间，通过对比得到了风对宽浅型水库水体更新时间的影响。研究成果可为宽浅型水库的生态调度提供理论依据。 关键词：水体更新时间；宽浅型水库；流速场；EFDC；数值模拟 中图分类号：TV697 文献标识码：A 文章编号：1672-1683（2014）01-0078-04 由于水库承担着灌溉、生活用水、航运等多重功能，水库水质污染问题逐渐受到了人们的广泛关注。水体中污染物的迁移扩散与水体的水动力特性有着密切的联系。所以了解水体的运动特性对于研究水中污染物的迁移扩散具有重要意义。前人提出了若干概念来反映水体的水动力特性，如水体更新时间、水龄和水体滞留时间等[1-2]。水体更新时间定义为当地水体与其他水体交换率达到63%时所需的时间，交换率常用水体某种物质的含量来表征[3-4]。水体更新时间对于了解水体的运动和物质交换具有重要的作用。 水体更新时间在提出时是用于评估海洋水体输运和交换能力的，后来逐渐引入到对湖泊、河流水体运动的描述。Tartinville等[5]对Mururoa泻湖的水体更新时间做了敏感性分析，研究了潮流、风和出入流对于泻湖水体更新时间的影响，发现风对于泻湖水体更新时间的影响最为明显。Eric等[6]提出了用于数值模拟水体更新时间的欧拉理论，并据此研究了英吉利海峡和北海的水动力特性，随后许多学者[7-9]使用水体更新时间对海洋的水动力特性进行了研究。在湖泊、河流研究方面，Liu等[10]根据长系列资料分析了黄河的水体更新时间和变化趋势；Shen等[11]利用数值模拟方法研究了大伙房水库垂向的水体更新时间，解释了水体更新时间的变化趋势。总体而言，前人对于水体更新时间的研究大多集中于海洋方面，而对于湖泊和水库（尤其是宽浅型水库）的水体更新时间研究较少。 本文利用三维数值模型EFDC（Enviromental Fluid Dynamics Code），以水体更新时间为指标，对我国某宽浅型水库的水动力特性进行研究。通过数值模拟水体更新时间，探讨宽浅型水库水体交换能力和风况对水体更新时间的影响。 1 水库概况 某水库位于山东省胶东半岛，水库总库容16.1亿 m3，流域面积178 km2，水库水面面积16 km2，水库设水温、水位监测点见图1。近年来随着水库周边工业农业的迅速发展，流入水库中的污染物逐年增多，水库的富营养化水平已经超过了国家标准，水库水质严重恶化。为此，需要掌握水库的水动力特性，了解水库各处的水体交换能力，为利用水库调度缓解水质恶化提供理论依据。 4 结论 为了解宽浅型水库水动力特性和水体交换能力，本文研究了某宽浅型水库的水体更新时间，主要结论如下。 （1）基于EFDC建立的宽浅型水库三维水动力数值模型，经验证，水库水位计算值和实测值吻合良好，表明了数值模型的实用性和有效性。 [JP2]（2）有风工况下，宽浅型水库水体最大更新时间为203 d。在流速较大的区域，水体更新时间短；反之水体更新时间长。 （3）无风工况下，宽浅型水库水体最大更新时间为358 d。无风工况下水体更新时间明显长于有风工况，表明风速场对水库水体更新时间的影响较大，有助于促进水体中污染物的迁移扩散。 参考文献（References）： [1] Zimmerman J T F.Mixing and Flushing of Tidal Embayments in the Western Dutch Wadden Sea：Part I.Distribution of Salinity and Calculation of Mixing Time Scales[J].Netherlands Journal of Sea Research，1976，10（2）：149-191. [2] Bolin B，Rodhe H.A Note on the Concepts of Age Distribution and Transit Time in Natural Reservoirs[J].Tellus，1973，25：58-62. [3] Ranasinghe R，C Ppttiarathci.Flushing Characteristics of a Seasonally-open Tidal Inlet：A Numerical Study[J].Journal of Coastal Research，1998，14：1405-1421. [4] Arneborg L.Turnover Times for the Water above Sill Level in Gullmar Fjord[J].Continental Shelf Research，2004，24：443-460. [HJ1.4mm] [5] Tartinville B，Deleersnijder E，Rancher J.The Water Residence Time in the Mururoa Atoll Lagoon：Sensitivity Analysis of a Three-dimensional Model[J].Coral Reefs，1997，17：193-203. [6] Eric D，Jean M C，Eric J M D.The Concept of Age in Marine Modelling I.Theory and Preliminary Model Results[J].Journal of Marine Systems，2001，28，229-267. [7] Guyondet T，Koutitonsky V G，Roy S.Effects of Water Renewal Estimates on the Oyster Aquaculture Potential of an Inshore area[J].Journal of Marine Systems，2005，58：35-51. [8] Jin K R，Ji Z G，James R T.Three-dimensional Water Quality and SAV Modeling of a Large Shallow Lake[J].Journal of Great Lakes Research，2007，33（1）：28-45. [9] Dias J M，Sousa M C，Bertin X，et al.Numerical Modeling of the Impact of the Ancao Inlet Relocation （Ria Formosa，Portugal） [J].Environmental Modeling & Software，2009，24：711-725.[ZK）] [10] [ZK（#]Liu Z，Wei H，Liu G，et al.Simulation of Water Exchange in Jiaozhou Bay by Average Residence Time Approach[J].Estuarine，Coastal and Shelf Science，2004，61：25-35. [11] Shen Y M，Wang J H，Zheng B H，et al.Modeling Study of Residence Time and Water Age in Dahuofang Reservoir in China[J].Science China，2011，54（1）：127-142. [12] Zhang S X，Gao X P.Effects of Selective Withdrawal on Temperature of Water Released of Glen Canyon Dam[A].The International Conference on Environmental Pollution and Public Health[C].Chengdu，China，2010，1-4. [13] Zhang B，Lv J，Huo P，et al.Application of EFDC to Density Stratified Flow[J].Applied Mechanics and Materials，2012，256：2486-2489. |
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