摘要
水库作为调节、蓄水和控制水资源的人造系统，是实现水资源合理开发利用的有效途径。湖泊水库水资源总量大，为我国城乡供给50%以上的饮用水，水库水质优劣对于城镇饮用水和城市生态环境至关重要。近年来，一些南方地区的引调型水库因城市发展及水质污染，存在氮、磷营养盐超标现象，受到富营养化的威胁，先后暴发了蓝藻水华，给水库水生态系统功能、供水水质带来许多不良影响。湖泊水库水动力水质模型作为研究湖泊水库水动力和水质变化的方法之一，能为实现特定水体的水质改善及藻华控制提供综合决策。 茜坑水库是深圳市一座重要供水水库，由于长期抽调营养盐水平较高的江水入库，水库富营养化严重，水华时有发生，影响了深圳市供水水质和饮用水安全。水华的形成不仅取决于氮、磷营养盐而导致的水体富营养化，还和水文、气象和水体动力学等多种因素共同作用有关。考虑到水库供水的重要性，有必要对水库水质的重要影响因素及运行管理方式进行探索，采用科学的模式改善水质及水环境，而模型可以为改进管理提供技术支持。 本论文通过EFDC三维水动力水质模型的建立，针对茜坑水库，分别使用2019年全年的气象数据、流量数据和库区水质数据模拟全库的水位、营养盐浓度和蓝藻细胞浓度的变化。本文主要研究成果如下： （1）构建EFDC三维水动力和水质模型，其模拟的水位、溶解氧、总氮、总磷、叶绿素a、氨氮在时空关系上符合其现实的年变化规律。模拟值与监测值总体误差不超过30%，证明EFDC模型在揭示茜坑水库水质在时间和空间的变化特征具有可行性和有效性。 （2）基于模型模拟的结果，对茜坑水库水质、水动力、藻类生长时空变化特征进行分析，得到其时空变化与水库形态、水库引水、营养盐输入以及风力驱动的相关关系。特殊的水库形态与引调水模式是整个库区水动力条件以及水质分布的重要影响因素，为蓝藻的暴发营造有利的条件；而高水平的营养盐输入则是在该库区动力条件下蓝藻暴发的直接驱动因子。 （3）根据分析得出的库区藻华关键影响因子，从营养盐、水量调控、生物控藻三个方面出发，设计了三种情景模拟，对库中心、取水口、出水口、库湾等多点的水质指标进行分析。同时降低50%入库氮磷营养盐水平，能够降低水库营养盐水平，有效缓解蓝藻水华暴发问题（降低13.25%）；单一控制氮降低入库氮磷比同样可以控制藻类生长，当入库水中氮磷比在20以下效果更为明显，减少30%以上的叶绿素a浓度，但是会造成磷在库中的积累，增加未来蓝藻暴发的风险。通过水库调度，增加东江引水流量，库区内平均水龄减少10~15天左右，增加30%流量对藻类有促进作用（增加约4.7%），而增加50%入库水量藻类平均浓度下降1.32%。在生物捕食情景模拟中，叶绿素a浓度在-48%和+178%之间变化，水库中生物的下行作用显著，以食藻鱼类对藻类进行控制为代表的生物捕食法在该调水型水库应用，从长期看是对蓝藻水华的防控是可行且有益的。三种情景模拟对应的控藻方案均在一定程度上改善水库蓝藻水华问题，并且具有较强的现实意义，可行性和操作性较强。 EFDC模型较好地模拟和预测了水库水质的变化和蓝藻水华发生的动态。入库水水质是影响茜坑水库水质的关键，茜坑水库的入库流量对水体水动力的影响可以改变蓝藻在全库的浓度及改善蓝藻在库湾的堆积情况。研究成果可以为如茜坑水库类的封闭式引调水库的藻华暴发事件和水质评价提供有效的防控决策和参考。
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