基于数值模拟的洱海和兴凯湖富营养化控制研究

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本研究立足于兴凯湖和洱海两个湖泊生态系统,兼顾整个流域层面。在深入了解水质富营养化机理的基础上,利用现场实测资料和已有相关研究,通过DELFT3D构建湖泊三维水动力-水质-水生态耦合模型。结合实测数据对模型进行准确性检验和灵敏度分析,设置不同情景,预测氮、磷等营养物不同输入量下的水质、藻类响应。预测不同年份的富营养化控制标准,污染物削减幅度等。利用VENSIM-DSS构建湖泊外流域内SD耦合模型,包括农村和城镇生活污水子系统、畜牧养殖业子系统、种植业子系统、旅游业子系统、水土流失子系统、削减策略评价子系统等。对耦合模型进行参数率定、准确性检验和灵敏度分析。SD模型通过入湖营养物对接DELFT3D模型确定的基于湖泊承载力的营养物削减强度,利用SD模型对营养物进一步追根溯源,要实现营养物的削减,应该从哪减(源头),怎么减(削减策略),探讨各种削减情景对湖泊流域经济、技术、环境和管理的要求。评价不同削减情景的社会、经济、技术可行性。遴选符合流域社会经济发展特征和与湖泊生态恢复长期性相适应的营养物削减方案。本研究主要结论和成果:(1)利用DELFT-3D模型建立了兴凯湖生态系统耦合模型,模拟结果与实际检测结果基本吻合,比较准确的重现了兴凯湖的实际情况,并在此基础上进行了模拟不同营养物(TN、TP)入湖量下的大小兴凯湖富营养化指标的响应.(2)小兴凯湖在惯性发展模式下TN、TP、和Chla浓度迅速增加,Chla浓度从初始值的8.96mg/m3,到2015年和2020年分别提高了32.37%和65.51%,尤其是在5月和8月两个峰值区面临严峻的藻类水华风险,控制兴凯湖营养物入湖已刻不容缓.(3)在2014年满足Dillion模型计算的兴凯湖满足"GB3838-2002"下湖库二类水标准的TN、TP的环境容量后,2015年-2020年继续保持每年削减TN、TP入湖总量的5%,可以维持小兴凯湖保持在Ⅲ类水标准,大兴凯湖保持在Ⅱ类水标准,维持大兴凯湖在中营养状态.小兴凯湖对大兴凯湖起到了缓冲带的作用,应该设置不同的富营养化控制标准,在GB3838-2002的基础上应增加Chla作为大小兴凯湖的富营养化控制指标.(4)利用VENSIM-DSS分别构建了兴凯湖流域SD耦合模型和洱海流域SD耦合模型,模拟结果与兴凯湖和洱海流域的实际状况吻合较好,比较准确的重现了两个流域营养物TN、TP从产生到入湖的过程,构建了一套适合于兴凯湖流域和洱海流域的SD模型参数库。(5)兴凯湖流域各个子系统入湖TN比重最大的是种植业80%,其次是水土流失子系统9%和生活污水子系统7%;各个子系统入湖TP种植业比重最大,占68%,其次是水土流失子系统,占19%。占第三位的是生活污水子系统9%。(6)洱海流域入湖TN主要来源于种植业子系统、畜牧业子系统、生活污水子系统和干湿沉降,占入湖TN的89%;入湖TP主要来源于种植业子系统、畜牧业子系统、生活污水子系统和水土流失子系统,占入湖TP的89%.因此合理调控种植业、畜牧业、生活污水和水土流失四大子系统是洱海富营养化治理的重中之重.(7)洱海流域A、B、C三方案中的调控措施一味的强调控制削减,如削减高污染的种植业作物(如大蒜和玉米)和畜牧养殖业品种(如奶牛和猪),高强度度的调控措施虽然可以实现入湖TN、TP的削减,但方案实施的经济成本高,不具很高的可行性.最优削减策略强调产业引导,如种植业中发展大棚种植,增加水稻、大麦、蚕豆等的种植补贴,畜牧业中发展污染物排放量更低的品种,推进养殖规模化、小区化,变水冲清粪为干清粪等,合理引导低污染的种植业与畜牧业发展.在较低环保投入的情况下降低对洱海的生态压力,满足洱海TN、TP的生态承载力.
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