基于IPH-ECO模型的烏梁素海主控營養(yǎng)鹽模擬研究.pdf

1、淺水湖泊中通常具有兩種典型狀態(tài)，即以沉水植物為主的清水穩(wěn)態(tài)及以浮游藻類為主的濁水穩(wěn)態(tài)，而營養(yǎng)鹽負(fù)荷增加則會(huì)導(dǎo)致湖泊結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變，促使湖泊由清水穩(wěn)態(tài)向濁水穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換，引起湖泊水質(zhì)退化。本文從穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換角度出發(fā)，以寒旱區(qū)典型的淺水湖泊烏梁素海為研究區(qū)，基于水文、氣象、水質(zhì)等監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用IPH-ECO模型，模擬水體中TP、TN、Chla等富營養(yǎng)化參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化過程，分析營養(yǎng)物質(zhì)增減對湖泊生態(tài)系統(tǒng)的影響，判定穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換閾值并深入探討其影響因素

2、，研究結(jié)果可為湖泊保護(hù)提供預(yù)警參考。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴IPH-ECO模型幾何文件的建立?；跒趿核睾?013-2014年的水文、氣象、水質(zhì)數(shù)據(jù)及遙感影像，為IPH-ECO模型的構(gòu)建提供初始條件、邊界條件和外部環(huán)境條件，繼而借助ArcGIS及IDRISI軟件，提取了烏梁素海的物理特征，創(chuàng)建了Mask、Bathymetry、Roughness、Wetland和Wind Stress Reduction柵格圖，完成了IPH-E

3、CO模型中幾何文件的建立。⑵IPH-ECO模型參數(shù)敏感性分析。IPH-ECO模型參數(shù)眾多，先采用參數(shù)擴(kuò)增法粗選敏感性參數(shù)，繼而利用全局敏感性參數(shù)分析方法Morris法篩選出對TP、TN、Chla結(jié)果有影響的25個(gè)參數(shù)，進(jìn)而采用EFAST法驗(yàn)證Morris法篩選出的21個(gè)敏感性參數(shù)的有效性，最終遴選出對TP、TN、Chla結(jié)果共同敏感的9個(gè)參數(shù)進(jìn)行率定，確定出參數(shù)變動(dòng)范圍。這些參數(shù)多與藻類的生長、代謝相關(guān)，主要包括:無機(jī)物沉降速率(cVS

4、etIM)、生物擾動(dòng)作用(cTurbDifNut)、綠藻的最大生長速率(cMumaxGren)、硅藻的最大生長速率(cMumaxDiat)、綠藻的呼吸速率(kDRespGren)、硅藻的呼吸速率(kDRespDiat)、藍(lán)藻磷吸附量（cAffPUptBlue）、浮游動(dòng)物的濾除率(hFilt)、浮游動(dòng)物的最大濾除率(cFiltMax)等。⑶烏梁素海TP、TN、Chla濃度時(shí)空動(dòng)態(tài)變化研究。通過參數(shù)率定，構(gòu)建適用于烏梁素海的IPH-ECO模

5、型，選取2013年7月、8月、10月、2014年1月TP、TN、Chla實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，模擬結(jié)果較好，誤差均小于20％，但冬季的水質(zhì)濃度模擬結(jié)果誤差較大;選取2014年6-8月實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證期平均相對誤差亦均小于20％。從時(shí)間上來看，TP、TN濃度在6月份達(dá)到峰值，7、8月份下降，而Chla濃度變化與之相反;空間上來看，表現(xiàn)為北部污染重于南部，入湖口污染重于湖中心及出口的趨勢。⑷不同入湖營養(yǎng)鹽濃度情景下TP、TN、Chla濃度

6、變化趨勢分析。當(dāng)入湖營養(yǎng)鹽濃度減半時(shí)，TP、TN、Chla濃度平均值分別下降28.63％、22.02％、14.88％;當(dāng)入湖營養(yǎng)鹽濃度翻倍時(shí)，TP、TN、Chla平均濃度則分別增加89.03％、85.51％、83.15％，入湖營養(yǎng)鹽濃度翻倍對水體中營養(yǎng)鹽濃度的影響程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于入湖營養(yǎng)鹽濃度減半的影響程度，可見外源性營養(yǎng)負(fù)荷輸入控制對于湖泊水質(zhì)保護(hù)的重要作用。⑸烏梁素海穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換閾值及其影響因素。由2013-2014年水質(zhì)數(shù)據(jù)綜合分析結(jié)果可