基于一维水动力-水环境耦合模型的长兴港生态流量研究.pdf

WaterResourcesandHHydropowerEngineeringVol.54No.10160CEditorial Department of Water Resources and Hydropower Engineering.This is an open access article under the CC BY-NC-ND license.54(10):160-169.namic-water environment couplinI.Water Resources and Hydropower Engineering,2023,nmodelZHANG ZupengZHANGZexian,LIUSiyuan,et al.Study on ecological flow of Changgang Riverbased on one-dimensional hydrody-X1(10):160-169.张祖鹏，张泽贤，刘思远，等基于一维水动力-水环境耦合模型的长兴港生态流量研究J水利水电技术（中英文）2023，54水利水电技术（中英文）第54卷2023年第10 期基于一维水动力-水环境耦合模型的长兴港生态流量研究张祖鹏，张泽贤，刘思远，桑静?，董鑫晟（1.浙江省长兴县水利局，浙江湖州313100；2.华北电力大学环境科学与工程学院，北京102206)摘要：【目的】长兴港是太湖流域重要的城市河流，对其开展生态流量研究并确定合理的生态流量管控值，对保障长兴港水生态环境健康、提高当地人民群众幸福指数具有重要意义。【方法】以长兴港新塘断面2 0 16 一2 0 2 0 年的逐月水生态监测数据为对象，明确了长兴港非汛期、汛期的水环境约束指标；并基于MIKE11软件，构建了一维水动力-水环境耦合模型；从保障水生态环境质量、缓解水华爆发的营养条件的角度出发进行了生态流量研究。【结果】结果显示：长兴港非汛期约束指标为NH,-N、CO D mn 和BOD，汛期约束指标为NH,-N、T P和CODMn；通过对比实测数据与模拟数据可知，水位、流量的模拟值与实测值间的Re均小于10%，R和Nash-Suttcliffe系数分别大于0.6 和0.9，各时期的水环境主要管控指标的模拟值与实测值间的Re均小于17%；最终计算得到长兴港非汛期和汛期合理的生态流量管控值分别为2.59m/s和2.6 3m/s。【结论】结果表明：研究构建的一维水动力一水环境耦合模型符合长兴港的实际情况，能够应用于长兴港生态流量研究，可以解决水动力和水环境模块单独使用不能表征河流特点的问题，为河流生态流量的研究和管控提供了更为科学、高效的工具；研究提出的生态流量管控值具有可达性，可切实有效地改善长兴港水生态环境、抑制水华爆发并为长兴港的生态流量管控和“幸福河”构建等工作提供理论与技术支撑关键词：环境科学；生态流量管控；水动力-水环境耦合模型；MIKE11；长兴港所语音科康“与传者互动DOI:10.13928/ki.wrahe.2023.10.014开放科学（资源服务）标志码（OSID）：中图分类号：TV213.4；X143文献标志码：B文章编号：10 0 0-0 8 6 0(2 0 2 3)10-0 16 0-10Study on ecological flow of Changxinggang River based on one-dimensionalhydrodynamic-water environment coupling modelZHANG Zupeng,ZHANG Zexian,LIU Siyuan,SANG Jing,DONG Xinsheng?(1.Water Resources Bureau of Changxing County,Huzhou 313100,Zhejiang,China;2.College of EnvironmentalScience and Engineering,North China Electric Power University,Beijing102206,China)收稿日期：2 0 2 3-0 5-0 4；修回日期：2 0 2 3-0 6-19；录用日期：2 0 2 3-0 6-19；网络出版日期：2 0 2 3-0 7-31基金项目：国家自然科学基金项目（52 12 2 90 2）；水利部水资源管理中心省级重点项目“典型水利工程取放水过程分析评估”（KH21010234）作者简介：张祖鹏（198 4一），男，水资源管理科科长，高级工程师，硕士，主要从事水资源管理与规划。E-mail：2 1517 0 96 1 q q.c o m通信作者：张泽贤（1998 一），男，硕士研究生，主要从事水生态环境保护、流域综合管理。E-mail：18 8 117 3310 3 16 3.c o m桑静（1995一），女，博士研究生，主要从事能源环境模拟与管理研究。E-mail：s a n g j i n g 2 6 8 8 16 3.c o m161张祖鹏，等/基于一维水动力-水环境耦合模型的长兴港生态流量研究Abstract:ObjectiveChangxinggang River is an important urban river in the Taihu Lake Basin.Conducting research on ecologi-cal flow and determining reasonable ecological flow control values is of great significance for ensuring the health of water ecologi-cal environment of Changxinggang River and improving the happiness index of local people.Methods JTaking the monthly waterecological monitoring data of Xintang section from 2016 to 2020 as the object,the water environment constraint indexes of Chan-gxinggang River in non-flood season and flood season were analyzed and clarified.Based on MIKE 11 software,a one-dimension-al hydrodynamic-water environment coupling model was constructed.Using this coupling model,the ecological flow was studiedfrom the perspective of ensuring the quality of water ecological environment and alleviating the nutritional conditions of algalblooms.ResultsJThe constraint indexes of Changxinggang River in non-flood season are NH,-N,CODmn and BOD,and inflood season are NH,-N,TP and CODmn.By comparing the measured data with the simulated data,it can be seen that the Rebetween the simulated and measured values of water level and flow are less than 10%,the R?and Nash-Suttclffe coefficientsare greater than 0.6 and 0.9,respectively.The Re between the simulated and measured values of the main control indexes ofwater environment in each water period are less than 17%.Finally,the reasonable ecological flow control values of Changxing-gang River in non-flood season and flood season are calculated to be 2.59 m/s and 2.63 m/s,respectively.ConclusionTheresults show that the one-dimensional hydrodynamic-water environment coupling model is in line with the actual situation ofChangxinggang River and can be applied to the study of ecological flow.It can solve the problem that using hydrodynamic orwater environment modules alone can not characterize the characteristics of the river,and provide a more scientific and efficienttool for the study and control of river ecological flow.The ecological flow control value proposed in the study has accessibility,which can effectively improve the water ecological environment of Changxinggang River,inhibit the outbreak of water bloom,and provide theoretical and technical support for the ecological flow control and the construction of“Happiness River in Chan-gxinggang River.Keywords:environmental science;ecological flow control;hydrodynamic-water environmental coupling model;MIKE 1l;Chan-gxinggang River0引言生态流量是指保证河流水量、质量和水流过程以维持地球淡水生态系统健康和周边人居环境适宜的流量值1-2】，是维持河流生态功能，控制水资源开发利用，进行水资源优化配置的重要依据，确定并保障必要的生态流量事关生态环境恢复、生态文明建设和高质量发展，具有重要意义3-4。目前，关于生态流量的计算方法有2 0 0 余种5】，大致可分为水文学法、水力学法、栖息地法、综合法等6-7 。其中，水文学法使用最广泛，计算便捷但精度相对较低；水力学法通过水力参数来计算生态流量，但受河道断面选取的影响较大；栖息地法需通过综合分析指示生物来确定生态流量，但其数据获取难度较大；综合法计算精度最高，但需要多个领域的专家共同研究8-9。综上，现有的生态流量计算方法均各自有其优缺点，在实际计算过程中，需结合河流实际情况与水文水力资料需求选择合适的计算方法10 丹麦水资源研究所(DHI)开发的MIKE系列软件可反映水动力学条件和水生态环境的变化，能够用于水动力、水资源和水生态等方面的模拟研究1-12 ,其中MIKE11模型被广泛应用于国内外水生态环境水利水电技术（中英文）第54卷2 0 2 3年第10 期研究13。BU等14 采用MIKE11对不同来水量和河流连通性情景下的常州市水生态承载力进行了模拟；JESSICA等15 使用MIKE11比较了不同水资源管理方案对Blairfindy集水区流量及地下水补给的影响；AHMED等16 运用MIKE11构建了Rideau河谷流域模型，量化计算了湿地功能和生态流量；王孟飞等17 运用MIKE11分析了沙颖河主要河段生态调度流量传播过程，得出了主要水文站间生态调度流量传播时间；党晓戈等18 运用MIKE11构建了以生态敏感目标流量需求为调度基础的水文水动力模型，并研究了不同情境下流域多目标生态需求保障效果。长兴港兼有防洪、调水、景观和航运等功能，是长兴县重要的城市河流19，也是太湖流域典型的河网河流。由于水系坡度较小，水动力不足，水体流速迟缓等原因，存在着水质偶有超标、水华和水体透明度低等问题2 0-2 1；同时长兴港水动力、水环境相互制约，加之其河道状况、水文水环境资料不够充分，在计算生态流量时，仅考虑水动力或水环境均不能很好地表征河流特征。因此本研究基于MIKE11模型，针对长兴港河流实际，构建了适用于该河流的MIKE11一维水动力-水环境耦合模型，实现了对河流水动力条件和水环境状况的综合考虑，且该模型对162水利水电技术（中英文）第54卷2023年第10 期张祖鹏，等/基于维水动力-水环境耦合模型的长兴港生态流量研究数据需求合理、运行较为便捷，能够更加客观地反映河流特征，可为河流生态流量的研究和管控提供更为科学、高效的工具。此外，以保障水生态环境质量为目标开展长兴港生态流量研究及管控工作，不仅可以改善长兴港水动力学条件，保障长兴港水生态环境健康，还能进一步落实河湖长工作，打造当地居民心目中的“幸福河”，也可为相关河流的生态流量管控研究提供借鉴。1材料与方法1.1研究区概况浙江省湖州市长兴县（11933 12 0 0 6 E，30433111N）地处长江三角洲杭嘉湖平原，紧靠太湖西南岸。县域气候为亚热带海洋性季风气候，年均降水量1347.7 mm，主要集中于每年的4一10月，多年平均降水天数为144d，占全年的39.45%2 2】。长兴县属于太湖平原河网地区，水系众多，县域重要水系分布如图1所示。长兴县是我国探索和建立河长制的先驱，也是浙江省率先建立“河湖长+检察长”制度的区县，这些制度的实施在改善区域河湖水生态环境质量的同时，也为区域生态流量管控奠定了良好基础2 3-2 4长兴港位于长兴县北部，流经中部平原区和城区后汇人太湖，全长约31.58 km。受降水量时间差异的影响，每年的5一10 月被划定为汛期，其中7 月15日之前为梅汛期，之后为台汛期；每年的1一4月和11一12 月被划定为非汛期。目前，长兴港上有国控新塘断面、省控下莘桥断面以及3个市县级控制断面。平原河网地区地势平缓、河流坡降小，水动力学条件不足，污染物易在水体中累积，加之航运扰动河道底泥释放污染物引发内源污染以及偶发性的太湖蓝藻倒灌现象，共同导致了长兴港仍存在水质超标和水华等问题。1.2水环境约束指标确定研究所使用的流量、水位数据来源于长兴（二）水文站的水文监测数据，水环境数据来源于国控新塘断面的水质监测数据通过对比2 0 16 2 0 2 0 年长兴港水环境数据与地表水环境质量标准（GB38382002）类水标准，得到新塘断面的水环境超标指标为高锰酸盐指数（CODm）、生化需氧量（BOD）、氨氮（NH,-N）、化学需氧量（CODcr）和总磷（TP），其逐月水环境指标达标情况如图2 所示。由图2 可知：2 0 16 2 0 2 0 年，CODMm超标3次，非汛期污染相对较重；BOD超标3次，汛期污染相对较重；NH,-N及COD超标5次，非汛期污染相对较重；TP超标1次，在5个水质指标中污染情况相对较轻。为确定管控目标，研究运用主成分分析法，对上述五项指标进行分析，得到长兴港非汛期和汛期主成分载荷值，如表1、表2 所列。表1长兴港非汛期污染物主成分载荷值Table 1 Main component load values of pollutants inChangxinggang River in non-flood season水环境指标主成分1主成分2CODMn0.941-0.222BOD0.720-0.140NH,-N0.4730.668CODcr0.8390.400TP0.4730.697由表1可知，与主成分1相关性较高的指标有CODMn、CO D c 和BOD，与主成分2 相关性较高的指标为NH,-N和TP；由表2 可知，CODMn、CO D c.和TP对主成分1的贡献度较高，NH,-N则对主成11928E11936E11944E11952E12000E12008E12016EN夹浦N.tOo18港溪新港港#2合溪水库兴长#1港N.9S.00浦家塘杨安泗溪泗安水库苕图例西水系长兴(二）水文站主要水系#1下莘桥断面水库0510km#2新塘断面图1+长兴县重要水系分布Fig.1Distribution of important water systems in Changxinggang River163水利水电技术（中英文）第54卷2023年第10 期张祖鹏，等/基于维水动力-水环境耦合模型的长兴港生态流量研究6102016年2016年2017年2017年2018年2018年92019年52019年2020年2020年8管控标准值管控标准值471-T.3u/x635243201月2月3月4月5月6月7月8月9 月10 月11月12 月1月2月3月4月5月6月7月8月9月10 月11月12 月月份月份(a)CODM(b)BODMn2.5402016年2016年2017年2017年-2018年35-2018年2019年2019年2.02020年2020年管控标准值30管控标准值1.525201.0150.51050.0.1月2月3月4月5月6月7月8月9 月10 月11月12 月1月2 月3月4月5月6月7月8 月9 月10 月11月12 月月份月份(c)NH,-N(d)CODer0.302016年2017年2018年0.252019年2020年管控标准值0.201-7.3u/0.150.100.050.001月2月 3月4月5月6月7月8月9 月10 月11月12 月月份(e)TP图2长兴港国控新塘断面逐月水环境指标达标情况Fig.2Monthly water environment index compliance of state controlled Xintang Section in Changxinggang River分2 的贡献度较高。考虑到CODMn和CODcr高度相关，且由图2 可知TP在非汛期并不存在超标问题，故研究确定NH,-N、CO D M n 和BOD作为非汛期的水环境约束指标，确定CODMn、T P和NH,-N作为汛期的水环境约束指标，此外，由于长兴港存在水华问题，本研究也将NH,-N设定为蓝藻爆发营养指标，对蓝藻爆发时的营养物条件进行考虑。2一维水动力一水环境耦合模型2.1模型构建MIKE11主要用于如细长型河流、河网等一维水域的模拟，其包含多个基础模块，具有易于运行、精确度高、所需参数少等特点2 5。长兴港属于细长型河流，且水质数据观测年份相对较短、河段不长，同第54卷2023年第10 期164水利水电技术（中英文）张祖鹏，等/基于维水动力一水环境耦合模型的+长兴港生态流量研究表2长兴港汛期污染物主成分载荷值Table2Main component load values of pollutants inChangxinggang River in flood season水环境指标主成分1主成分2COD Mm0.948-0.162BOD0.6990.342NH,-N0.3020.887CODcr0.938-0.174TP0.755-0.253时长兴港生态流量管控值的确定需从改善水动力学条件、保障水环境质量、避免水华爆发等角度考虑，故需考虑水动力、水环境两方面的因素。鉴于此，研究选用MIKE11中的水动力和水环境2 个模块作为基础模块，考虑垂向上的物质和动量守恒，基于一维非恒定流Saint-Venant方程组和一维对流扩散模型，构建了MIKE11一维水动力-水环境耦合模型，实现了对河流水动力条件和水环境状况的综合考虑，可更加客观地反映河流特征。所构建的模型公式如下连续性方程as+=(1)otx动量方程ah8QQ+gS一+=0(2)otxSdxU?SR一维对流扩散模型+uE-KC(3）dsdsds式中，Q为断面过流流量（m/s）；S为断面面积（m）；x为沿水流方向的距离变化量（m）；t 为计算点位的时间变量（s）；9为旁侧人流流量（m/s）；h 为河流水位（m）；g 为重力加速度（m/s）；R为河道水力半径（m）；、U分别为动量校正系数、谢才系数；C为指标浓度（mg/L）；u 为水体平均流动速率（m/s）；E,为纵向扩散系数（m/s）；K 为综合衰减系数（mg/d)；s 为空间坐标（m）；u 为时间坐标（s）。模型利用Abbott-lonescu六点隐式差分格式进行求解，即依次计算不同点位的水位（h）和流量（Q）；耦合后的模型可实现对水域流动参数如流量、水位等的模拟，并可进一步得到各水环境约束指标的浓度结果。2.2模拟范围及边界条件河网概化需基本反映天然河流的水力特性，以使概化后河网的输水能力及调蓄能力与河网实际保持一致2 6 。研究对长兴（二)水文站到长兴港入湖口河段进行了概化，如图3所示。T图3长兴（二)水文站至长兴港入湖口河段河网概化Fig.3 River network overview of the reach from Changxing(II)Hydrologic Station to the lake inlet of Changxinggang River水动力模块的外部边界条件设定为长兴（二）水文站流量和长兴港人湖口水位，内部条件主要为研究河段入河污水量；水环境模块的边界条件设定为对应研究河段边界水环境及人河排污数据2.3参数率定与结果验证为确保模拟结果的准确性，模型需对河段糙度系数、污染物纵向扩散系数和污染物综合衰减系数进行率定。对于河段糙度系数，研究以2 0 18 一2 0 19年为率定期，利用经验法2 7】，先将全河段初始糙度系数设定为0.0 33，以省控下莘桥断面逐日水位和流量作为对照数据，利用人工试错法2 8-2 9 对糙度系数进行率定，直至模拟结果的精准度符合要求。最终得到的河段糙度系数为0.0 37。对于河段的纵向扩散系数，考虑到长兴港为太湖流域典型河流，因此研究运用经验法，以太湖流域的纵向扩散系数典型取值8.00m/s30-31，作为长兴港的污染物纵向扩散系数。综合衰减系数可反映水体中的污染物降解能力，受到水体温度、水文条件和河道状况等多个因素的影响，故研究以2 0 18 年5月一2 0 19年10 月为率定期，采用分析借用法分非汛期和汛期对NH-N、T P、CODM，和BOD的综合衰减系数进行率定32 。研究基于我国部分河流的水环境约束指标综合衰减系数取值33，通过调整综合衰减系数的取值，将对应水期各取值下的水环境约束指标模拟结果与新塘断面的实际监测数据进行比对，选取相对误差平均值较小时的取值为对应水期各管控指标的综合衰减系数。各水环境约束指标综合衰减系数的率定结果如表3所列。基于以上参数率定结果，对比了下莘桥断面水位、流量模拟结果与实测资料的拟合程度，其相对误差平均值（Re）、相关系数（R）和Nash-Suttcliffe系数如表4所列165水利水电技术（中英文）第54卷2023年第10 期维水动力-水环境耦合模型的长兴港生态流量研究张祖鹏，等/基于表3长兴港水体各管控指标综合衰减系数率定结果统计Table3Statistical table of comprehensive attenuation coefficientcalibration results of various control indicators ofChangxinggang River管控指标水期NH-NTPCODMnBOD非汛期率定结果/mgd-10.1440.0600.132汛期率定结果/mgd-10.2160.0290.084表4下莘桥水位、流量率定结果参数Table 4Water level and discharge calibration results ofXiashenqiao结果参数ReR2Nash-Suttcliffe系数水位4.27%0.9730.921流量5.03%0.9580.903由表4可知，水位拟合的Re小于10%，R大于0.6，Na s h-Su t t c li f f e 系数大于0.9；流量拟合的Re小于10%，R大于0.6，Nash-Suttcliffe系数大于0.9。可见，研究构建的模型和率定出的参数能够较好地反映长兴港的水位和流量情况。此外，基于前文率定出的参数取值，新塘断面水环境约束指标的模拟结果与实测资料的相对误差平均值如表5所列。表5水体各约束指标综合衰减系数率定相对误差Table55Relative error in calibration of comprehensive attenuationcoefficient of each constraint index of Changxinggang River管控指标水期NH,-NTPCODMnBOD非汛期相对误差/%15.187.278.62汛期相对误差/%16.667.8810.01由表5可知，基于前文率定出的参数取值，长兴港新塘断面确定的非汛期和汛期水环境约束指标模拟结果与实测资料的相对误差平均值均小于17%，水环境模块具有较好的模型模拟精度，可反映水环境约束指标的实际情况。可见，本研究率定出的参数取值合理，可用于长兴港生态流量管控值的研究。3长兴港生态流量管控值研究3.1非汛期生态流量管控值通过频数分布统计，近10 a长兴港非汛期日均流量集中分布在0.0 0 5.0 0 m/s之间，相对频率达到了6 3.7 6%，故研究选定1.50 m/s、3.0 0 m/s和4.50m/s作为长兴港在非汛期的3个流量拟定值，并设定为上游边界流量；下游边界水位设定为20182019年非汛期平均水位3.2 1m；将来水中非汛期水环境约束指标NH,-N、CO D M n 和BOD的初始浓度设定在地表水环境质量标准（CB38382002）中I类一类标准之间，其中NH,-N为0.7 50 mg/L;CODmn为4.40 0 mg/L；BO D 为3.30 0 mg/L。以2 0 18年11月一2 0 19年4月为模拟期，利用MIKE11一维水动力-水环境耦合模型对长兴港非汛期水环境约束指标进行模拟，模拟结果如图4所示。由图4可知，BOD在三个拟定值下均可稳定达到新塘断面水环境管控标准，NH,-N和CODMmn在拟定值1条件下均存在浓度超标问题，但在拟定值2、3条件下可稳定达到新塘断面水环境管控标准。因此，研究进一步以拟定值1（1.50 m/s）至拟定值2（3.0 0 m/s）为区间，以新塘断面NH,-N和CODmm浓度达标为约束，运用试错法确定长兴（二）水文站流量，各流量拟定值条件下NH,-N和CODMm的最大浓度变化情况如表6 所列。由表6 可知，随着流量拟定值的逐步增大，NH,-N和CODMn的最大浓度逐步降低，水华爆发营养物条件有所缓解；当流量拟定值为2.33m/s时，NH,-N最大浓度首次达到新塘断面水环境标准；当流量拟定值为2.54m/s时，CODmn最大浓度为6.000mg/L，首次达到新塘断面水环境标准。综上所述，从保障水环境质量、缓解水华爆发营养物条件角度出发，长兴港非汛期适宜生态流量管控值应为2.54 m/s。表6不同流量拟定值条件下NH-N和CODM的最大浓度变化情况Table 6Maximum concentration change of NH,-N andCODmn under different flow proposed values流量拟定NH,-N最大NH,-NCODMn最大CODMn值/ms-1浓度/mg L-I是否达标浓度/mgL-1是否达标2.301.001否6.070否是是是2.331.0006.0612.500.9986.0112.540.9956.000是3.2汛期生态流量管控值频数分布统计显示近10 a长兴港汛期日均流量数据集中分布在0.0 0 10.0 0 m/s范围内，相对频率达到了6 5.8 2%。故研究选取2.50 m/s、4.0 0 m/s和5.50 m/s作为长兴港在汛期的3个流量拟定值，并设定为上游边界流量；下游边界水位设定为20182019年汛期平均水位3.43m，其余条件与非汛期相同。根据所获取数据资料条件，研究以2 0 18 年166水利水电技术（中英文）第54卷2023年第10 期张祖鹏，等/基于一维水动力-水环境耦合模型的长兴港生态流量研究NH,-NCOD-BODNH,-NCOD7-BODM76.335mg/LCODM浓度标准CODM浓度标准Mn665.873mg/L55BOD浓度标准BOD浓度标准1-7.3u/443.437mg/L3.294mg/L33221.022mg/LNH-N浓度标准0.983mg/LNH-N浓度标准1002018-11-072018-12-072019-01-072019-02-072019-03-072019-04-072018-11-072018-12-072019-01-072019-02-07,2019-03-072019-04-07日期/年-月-日日期/年-月-日(a)拟定值1条件下(b）拟定值2 条件下NH-NCODBODCODM浓度标准6Mn5.335mg/L51-7.8w/BOD浓度标准43.171mg/L320.945mg/LNH-N浓度标准02018-11-072018-12-072019-01-072019-02-072019-03-072019-04-07日期/年-月-日(c)拟定值3条件下图4非非汛期NH-N、CO D M n 和BOD浓度变化情况Fig.4Changes of NH,-N,CODmn and BOD concentrations in non-flood season5月一10 月为NH,-N在汛期的模拟期，2 0 19年5月一10 月为TP和CODMn在汛期的模拟期，利用MIKE11一维水动力-水环境耦合模型对长兴港汛期水环境约束指标进行模拟，模拟结果如图5所示。通过图5可知，NH,-N和CODMm在3个拟定值条件下均可稳定满足新塘断面水环境标准要求，且蓝藻水华爆发营养物质条件得到缓解；TP在拟定值1条件下存在浓度超标问题，但在拟定值2、3条件下均可稳定达到新塘断面水环境管控标准。因此研究以拟定值1(2.50 m/s）至拟定值2（4.0 0 m/s）为区间，以新塘断面TP浓度达标为约束，运用试错法确定长兴港汛期适宜生态流量管控值。各流量拟定值条件下的TP最大浓度变化情况如表7 所列。由表7 可知，随着流量拟定值不断增大，新塘断面TP浓度逐步下降。当上游边界长兴（二)水文站流量设定为2.6 3m/s时，新塘断面TP浓度下降至0.200mg/L，首次达到新塘断面水环境管控标准。综上所述，从保障水环境质量角度出发，长兴港汛期表7不同流量拟定值条件下的TP最大浓度变化情况Table 7Change of TP maximum concentration underdifferent flow proposed values流量拟定值/m.s-l最大浓度/m3.L-1是否达标2.600.201否2.620.201否2.630.200是2.700.199是适宜生态流量管控值应为2.6 3m/s。3.3结果讨论研究构建了MIKE11一维水动力-水环境耦合模型，并借助该模型，从保障水生态环境质量并抑制水华发生的角度出发，以长兴（二)水文站为代表断面，确定长兴港生态流量管控值为：非汛期2.54m/s，汛期2.6 3m/s。通过梳理和对比2 0 18 一2 0 2 1年长兴港新塘断面的水生态环境监测数据和长兴（二）水文站流量数据，可知：非汛期新塘断面出现水环境问题时的日均流量167水利水电技术（中英文）第54卷2023年第10 期张祖鹏，等/基于一维水动力-水环境耦合模型的长兴港生态流量研究2018-05-012018-06-012018-07-01 2018-08-012018-09-012018-10-012018-05-012018-06-012018-07-012018-08-012018-09-012018-10-0188NH-NTPCODMmNH-NTPCODMn71.25071.250CODM.浓度标准CODM浓度标准661.0001.000-T.3w/XH-HNM7.3u/H-HN4.982mg/LNH-N浓度标准NH,-N浓度标准554.722mg/L0.810mg/L0.7500.716mg/L0.7504430.50030.500220.2500.25011TP浓度标准TP浓度标准0.187mg/L0.0000.00000.202mg/L02019-05-092019-06-092019-07-092019-08-092019-09-092019-10-092019-05-092019-06-092019-07-092019-08-092019-09-092019-10-09日期/年-月-日日期/年-月-日(a)拟定值1条件下(b）拟定值2 条件下2018-05-012018-06-012018-07-012018-08-012018-09-012018-10-018NH-NTPCODMMn71.250CODM浓度标准61.0001.3u/H-HNNH-N浓度标准54.539mg/L0.75040.650mg/L30.50020.2501TP浓度标准0.00000.174mg/L2019-05-092019-06-092019-07-092019-08-092019-09-092019-10-09日期/年-月-日(c）拟定值3条件下图5汛期NH3-N、T P和CODMn浓度变化情况Fig.5Changes of NH,-N,TP and CODmn concentrations in flood season都小于建议管控值2.54m/s，汛期出现水环境问题时的日均流量都小于建议值2.6 3m/s。此外，当流量增大时，NH,-N的浓度逐渐降低，长兴港水华爆发的营养物质条件得到了一定的缓解。基于对各管控指标最大浓度的对比分析可知，通过增大流量的方式提高水动力学条件，增强污染物的扩散稀释能力是一种切实可行的改善长兴港水生态环境的方法。此外，研究将近10 a长兴港非蓝藻爆发期的日均流量数据与本研究推荐的生态流量管控值进行了比对。结果表明：6 0.8 9%的非汛期日均流量数据及7 6.36%的汛期日均流量可达到生态流量管控值2.54m/s、2.6 3m/s。可见，本研究得到的生态流量管控值在实际管控工作中具有可达性。4结论研究通过主成分分析法明确了长兴港非汛期水环境约束指标为NH,-N、CO D M n 和BOD，汛期水环境约束指标为NH,-N、T P和CODMn。根据长兴港实际情况以及基础数据资料，综合考虑河流水动力条件和水环境状况，构建了MIKE11一维水动力-水环境耦合模型，从而解决了水动力或水环境模块单独使用时不能很好地表征河流特征的问题。利用试错法和分析借用法对模型参数