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基于OTIS模型的巢湖十五里河源头段氮磷迁移转化规律及模拟

作　者: 丁贵珍
导　师: 李如忠
学　校: 合肥工业大学
专　业: 环境科学
关键词: 暂态存储氮磷滞留 OTIS模型源头溪流灵敏性分析巢湖
分类号: X522
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

选择巢湖十五里河源头段为对象，以NH4Cl和KH2PO4为添加营养盐、以NaCl为保守型示踪剂，开展现场示踪实验。在此基础上，从潜流交换与侧向补给耦合作用的角度，构建源头溪流溶质迁移转化数学模型，并借助美国地质调查局（USGS）推荐的OTIS应用程序包和OTIS-P参数优化程序软件，确定模型水文参数和吸收系数，完成参数灵敏性分析。通过对水环境数学模型中不同模块作用效果的分析，识别主要作用机制；基于暂态存储指标和养分螺旋原理，解析十五里河源头段的暂态存储能力和氮磷养分滞留特征，并从水环境系统模糊不确定性角度，对源头河段溶质迁移扩散规律进行模拟仿真。现将取得的结果概述如下：（1）对OTIS模型中不同功能模块作用效果的分析表明，若不计侧向补给作用，则将延迟溶质迁移到达下游的时间，且模拟浓度超过实测值；而若忽略暂态存储模块影响，则不仅导致模拟浓度值远高于观测值，也影响溶质模拟浓度穿透曲线的形状，并明显缩短了溶质迁移到达下游河段的时间。（2）源头河段暂态存储特征分析表明，不同水文条件相应的暂态存储度量指标Ts和Ls数值变化很大；半数以上F200med低于20%，不同河段水力停留因子Rh差别也较大；qs和qL的平均值分别为2.49×10-3、3.36×10-4m3·s-1·m-1，表明该河段存在较为明显的侧向补给作用。根据参数回归分析结果，绝大部分水文参数、暂态存储指标与流量之间都没有表现出较为明显的相关性。（3）该源头河段NH4和SRP的综合衰减系数k-NH4、k-SRP平均值分别为1.53×10-3、-1.11×10-4s-1；由NH4吸收长度Sw-NH4高达29279m，表明该源头段经由物理或生化过程去除N的可能性极低；由Sw-SRP为-2568m，意味着该源头河段磷的释放效应超过了吸收作用，即该河段对磷起到“源”的作用。与营养盐含量相对较低的溪流相比，十五里河源头段Vf-NH4相对偏低，而U-NH4则显著偏大。上游子河段的主河道流动水体对NH4损失贡献率为88.14%，暂态存储区贡献率为11.86%。（4）根据参数灵敏性分析，得到该源头段OTIS模型参数的灵敏性排序为A＞As＞＞D。（5）水环境仿真模拟结果表明，流量越大，Cl-1越早到达下游河段。对同一流量不同位置的Cl-1浓度穿透曲线，从上游至下游河段，浓度峰值下降幅度越来越小，曲线的形状也由陡峭型变化为平缓的舒展型。

全文目录

致谢  7-8
摘要  8-9
ABSTRACT  9-16
第一章绪论  16-23
  1.1 研究目的和意义  16-17
  1.2 国内外研究进展  17-21
    1.2.1 国外研究进展  17-19
    1.2.2 国内研究进展  19-21
  1.3 主要研究内容  21-22
  1.4 技术路线  22-23
第二章 OTIS 模型及其应用程序简介  23-38
  2.1 OTIS 模型  23-24
  2.2 OTIS 及 OTIS-P 应用程序  24-38
    2.2.1 OTIS 和 OTIS-P 的输入/输出结构  24-25
    2.2.2 输入格式  25-38
第三章基于 OTIS 模型的水环境功能模块分析  38-58
  3.1 河段基本情况  38-39
  3.2 保守型示踪实验方法  39-53
    3.2.1 野外示踪实验  39-40
    3.2.2 Cl-1浓度的测定  40-41
    3.2.3 测试结果及分析  41-53
  3.3 水文参数的确定与模拟  53-56
  3.4 OTIS 模型中不同功能模块作用效果分析  56-57
    3.4.1 不计侧向补给的效果分析  56
    3.4.2 不计暂态存储的效果分析  56-57
  3.5 本章小结  57-58
第四章十五里河源头段暂态存储特征  58-65
  4.1 暂态存储度量指标  58-61
  4.2 水文参数与暂态存储指标的统计分析  61-63
  4.3 讨论  63-64
  4.4 本章小结  64-65
第五章十五里河源头段氮磷营养盐滞留特征  65-91
  5.1 示踪实验  65-80
    5.1.1 野外示踪实验  65
    5.1.2 Cl-1浓度的测定  65-71
    5.1.3 NH 4浓度的测定  71-75
    5.1.4 SRP 含量的测定  75-80
  5.2 参数确定及模拟  80-84
  5.3 暂态存储参数指标  84-85
  5.4 营养盐吸收参数  85-87
  5.5 营养盐吸收贡献水平  87-88
  5.6 讨论  88-90
  5.7 本章小结  90-91
第六章十五里河源头段参数灵敏度分析  91-100
  6.1 灵敏度分析方法  91
  6.2 参数灵敏度计算  91-98
  6.3 讨论  98-99
  6.4 本章小结  99-100
第七章十五里河源头段溶质迁移扩散规律仿真模拟  100-104
  7.1 基于三角模糊数的水文参数构造  100-101
    7.1.1 三角模糊数  100-101
    7.1.2 水文参数的模糊表征  101
  7.2 基于 OTIS 模型的溶质迁移仿真模拟  101-103
  7.3 本章小结  103-104
第八章结论与展望  104-106
  8.1 结论  104-105
  8.2 展望  105-106
参考文献  106-117
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况  117-118

基于OTIS模型的巢湖十五里河源头段氮磷迁移转化规律及模拟

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