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水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源，随着社会进步与人口增长，大量生活和工业废水被排入长江，长江中游水体和河床泥沙中均检出含有铅、汞、砷等多种有毒污染物，直接威胁着人类的生命安全；这些污染物不仅可以随水迁移，还可以被泥沙吸附，在水体与河床间进行交换。目前，长江中水-沙-污染物研究已成为国内外研究的热点，但研究多集中在实验模拟，利用数值模型模拟河道中水-沙-污染物迁移转化的研究还未见报道。因此，为了研究水.沙.污染物在河道内的输移规律，预测三峡水库建成后对长江中游河道河床污染物的影响，开展了长江武汉段三维水动力、泥沙及污染物的数值模拟仿真研究。
论文选择长江武汉段作为研究区，针对研究区多沙以及污染物随泥沙迁移的特点，选取EFDC模型来模拟河道中水-沙-污染物构成的水环境系统；通过查阅文献，实地调研收集了大量数据资料，建立了模型数据库，从而为模型参数选取、边界和初始条件确定奠定了基础；对于难于确定的参数，本研究采用遗传算法对参数进行了优化；在此基础上，建立了长江武汉段三维水-沙-污染物模型系统，并利用2004年水位、悬浮泥沙以及污染物数据对模型进行了验证。通过模型对长江武汉段的水-沙-污染物的模拟和预测，得出了以下主要结论：
(1)水动力模拟结果显示，2004年7月26，最大洪峰通过长江武汉段，汉口水文站水位高达25.32m，此时，最大流速(2.63米/秒)出现在天兴洲右岸天兴洲大桥上游0.75公里处。同时，流速分析发现，弯道靠近岸边处存在环流，靠近左岸的环流较为强烈，呈现逆时针旋转；而右侧两个顺时针环流较为微弱；此外，天兴洲前端的冲蚀沟使河道成为3汊河道，天兴洲右汊内流速最大，并与冲蚀沟一起构成了逆时针环状流场。
(2)通过对长江武汉段2004年的泥沙模拟，再现了武汉段的河床演变过程。模拟结果显示平、枯水期除了天兴洲左岸前端局部地区淤积量较大外(全年0.285米)，河道内大部分处于微弱冲刷；丰水期河床冲刷较为剧烈，天兴洲右岸天兴洲大桥上游0.75公里处冲刷最大(全年0.316米)，汉江河口附近的武昌深槽内也出现了一定的冲刷(0.11米)。
(3)通过对悬浮泥沙的模拟，发现汉江汇流带来大量泥沙，在平、枯水期由于上游来沙较少，由汉江汇入的悬浮泥沙形成一条沿长江左岸的泥沙扩散带；随着汛期上游来沙量的增加，泥沙扩散带迅速缩小；此外，根据模拟结果，计算出长江武汉段河床2004年的泥沙冲刷量为326.2万吨。
(4)模型对铅、汞、砷3种重金属随泥沙的输移进行了模拟，模拟结果显示武汉段河床上3种重金属都是以再悬浮为主，但在天兴洲左岸前端存在一条沉积带，沉积带中再悬浮量较小，而天兴洲右岸天兴洲大桥上游0.75公里处的河床中的污染物再悬浮量较高；由于汉江中污染物含量较高，汉江汇流产生了一条靠近左岸流向下游的污染带，平、枯水期污染带通过冲蚀沟由左岸向右岸扩散，丰水期污染带变得狭窄，仅通过天兴洲左汉河流向下游；此外，通过不同时间河床上污染物质量的比较，得到了全年的河床中铅、汞、砷的再悬浮量分别为576吨、2.84吨和193吨。
(5)对三峡水库正常调动下，长江武汉段未来100年的水-沙-污染物变化进行了预测；发现由于三峡水库的调水作用，长江武汉段在未来100年内的水位变化幅度有所减少(18.42～23.05米之间)；同时，三峡水库“蓄清排浑”的调度模式使得悬浮泥沙浓度在前50年较低，而后50年恢复到2004年水平；此外，在未来100年长江武汉段以冲刷为主，天兴洲右岸天兴洲大桥上游0.75公里处冲刷最大为1.107米，长江武汉段河床100年累计冲刷量为1.08亿吨。通过对长江武汉段未来100年河床中铅、汞和砷多相输移模拟，发现长江武汉段未来100年河床中3种重金属以再悬浮为主，再悬浮总量分别为3.95万吨、115.6吨和876.1吨，通过与2004年河床中3种重金属再悬浮的比较，显示三峡水库的调水调沙作用使得前50年再悬浮较大，但低于2004年的再悬浮量，而后50年的再悬浮较小。
论文的主要创新点为：
●EFDC自带的网格生成工具适于对边界规则的区域剖分网格，而长江武汉段河道弯曲且边界复杂，同时三维模拟对网格精度要求较高，因此，本研究利用自开发的Ggrid软件剖分边界拟合正交曲线网格，提高了网格剖分的精度；并在此基础上，首次建立了长江武汉段水沙作用下重金属多相输移三维模型。
·以往对长江武汉段河道中重金属的研究以实验为主，本研究第一次采用三维数值模拟的方法，对长江武汉段河道中水沙作用下重金属的多相输移规律进行了研究，考察了三维水流作用下重金属的空间分布以及泥沙与水体间重金属的交换，再现了长江武汉段河床和表层水中重金属的演变过程，提出了定量计算河床中重金属变化量的新方法。
·关于三峡水库建成后长江中游河段的水沙状况已经有了较多的研究，在此基础上，本研究第一次对三峡水库引起的长江武汉段重金属的输移变化进行了长时间的预测，探索性地考察了三峡水库对长江武汉段重金属多相输移的影响，为三峡水库的未来调度提供了参考。