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城市化进程给水环境造成了极大的威胁。城市扩张在很大程度上改变了地表原有的用地类型从而增加了面源污染负荷,使得大量河流、湖库遭到了严重污染,甚至功能消失。如何有效的对城市河流的水质进行保护和管理已成为水环境研究的重点。水环境研究所涉及的空间尺度大、污染物成分众多及环境过程错综复杂,仅凭借实验分析或现场监测具有较大的难度,通过建立数学模型实现水环境的数值模拟,研究河流演变规律以指导河流水环境保护成为了该领域的热点。本文以重庆两江新区的赵家溪为研究对象,基于环境流体力学代码(Environmental Fluid Dynamics Code,即EFDC)模型建立了赵家溪水动力水质模型,并以实测水文、水质监测数据进行了模型的参数率定和验证。主要研究结论包括: ①采用Delft3D软件基于赵家溪水岸线绘制了赵家溪水动力水质模型的曲线正交网格,设定水平网格共1872个,垂向分层4层。基于赵家溪13个断面的ADCP断面数据构建了模型的三维水下地形图。 ②基于EFDC模型构建了赵家溪的水动力模型,对赵家溪的水动力场、温度场进行了全年的模拟,通过速度、水位及温度三个模拟指标与实测数据的对比,结果显示流速、水位、温度模拟平均相对误差分别为23.42％、8.8％、6.42％。模型的流场特性分析显示赵家溪平水期水体运动的主要驱动力为风生流,染色剂示踪显示下游达到稳定浓度需要50天。水龄分析显示从上游到下游水龄逐渐增大,下游水龄超过了180天。 ③在水动力模型的基础上构建了水质模型,主要模拟指标为NH3-N、COD、TP、叶绿素a,采用6次水质监测数据对模型进行了参数率定,7次监测数据进行模型验证。率定结果显示四个指标的平均相对误差分别为20.54％、23.70％、27.1％、21.94％,验证结果显示平均相对误差分别为20.47％、27.84％、31.3％、28.46％。 ④赵家溪的TSS、NH3-N、COD、TP、TN总负荷分别为45.76t/a、1.03t/a、15.12t/a、0.533t/a、4.679t/a。赵家溪水质目标设定为地表水Ⅳ类水质时,限制性指标TP、TN的水环境容量为3.91t/a、0.26t/a,其削减量负荷分别为0.27t/a、负荷0.77t/a。 ⑤基于赵家溪水动力水质模型进行了以下情形模拟:1)定风向3m/s、5m/s、10m/s风速下的表面流场,发现风生流对河道表面流场影响显著,表面流速分别在0.01m/s、0.02m/s、0.05m/s;2)在引入1m3/s嘉陵江江水时上游和下游的水龄分别为5天和22天,该条情形下的水质模拟显示,NH3-N、COD、TP三个水质指标在30天时分别稳定在0.16mg/L、3.0mg/L、0.2mg/L左右。 ⑥运用人工湿地、植草沟、阶梯-深潭系统技术并结合现场实际情况对赵家溪提出了一套水质保障技术。