三峽庫區(qū)澎溪河(小江)富營(yíng)養(yǎng)化及水動(dòng)力水質(zhì)耦合模型研究.pdf

1、三峽水庫次級(jí)河流回水區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化問題是當(dāng)前三峽庫區(qū)最為嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題之一。三峽大壩建成蓄水后，長(zhǎng)江干流總體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度變化并不顯著，水質(zhì)總體保持穩(wěn)定。但由于水滯留時(shí)間的延長(zhǎng)，長(zhǎng)江支流水體富營(yíng)養(yǎng)化有加重趨勢(shì)，因水體富營(yíng)養(yǎng)化出現(xiàn)了較大規(guī)模的水華現(xiàn)象。而水動(dòng)力條件的改變是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，加劇水華發(fā)生的最主要原因。因此，考慮水動(dòng)力條件對(duì)水質(zhì)污染和水體富營(yíng)養(yǎng)化的影響及水華控制具有重要意義。
　　 在分析澎溪河流域氣象、水文及污染特征和三

2、峽蓄水后澎溪河水動(dòng)力條件、水質(zhì)等水環(huán)境因素的變化的基礎(chǔ)上，構(gòu)建SWAT與MIKE21耦合模型，研究調(diào)節(jié)壩的生態(tài)調(diào)度控制水體富營(yíng)養(yǎng)化的可行性并提出優(yōu)化調(diào)度方案。研究成果可為三峽水庫支流回水區(qū)的富營(yíng)養(yǎng)化控制提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考。論文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 ①澎溪河流域氣象水文特征及回水區(qū)河道形態(tài)特征。
　　 澎溪河地區(qū)具備發(fā)生水體富營(yíng)養(yǎng)化的光熱條件，春夏之交是富營(yíng)養(yǎng)化多發(fā)季節(jié)。澎溪河流域年際和年內(nèi)的降水量、徑流量分配不均

3、勻。三峽水庫蓄水后，澎溪河斷面面積為1082-75126m2，水面寬度為57.60-2026.31m。河道斷面面積和水面寬度沿程變化大，河道形態(tài)復(fù)雜。
　　 ②澎溪河水質(zhì)及富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)狀。
　　 在收集野外監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上分析環(huán)境條件和各污染物指標(biāo)的相互關(guān)系，根據(jù)回水區(qū)的徑流量、降水量，結(jié)合水溫、氣溫、溶解氧(DO)、氮(N)、磷(P)、葉綠素a(Chla)，化學(xué)耗氧量(COD)、生化需氧量(BOD5)等指標(biāo)的濃度值，分析

4、了水污染與水文條件的關(guān)系。研究結(jié)果表明：季節(jié)性溫度、降水量等因素是影響澎溪河水環(huán)境的首要原因，其次是三峽水庫蓄水的影響，蓄水后水位的變化使回水區(qū)水環(huán)境因子發(fā)生變化：DO升高并趨于均勻分布，總氮(TN)峰值濃度略有下降，總磷(TP)峰值濃度略有增加，N/P值有減小的趨勢(shì)。蓄水后的水文條件易導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)生。從年內(nèi)分析來看，高濃度的TN、TP容易出現(xiàn)在降水量大、流量大的豐水期；流量大于1.50m3/S或日平均降水量大于30mm的水文條

5、件下容易測(cè)得高的TN、TP濃度值，但Chla含量較低；高含量的Chla容易出現(xiàn)在3-5月份澎溪河流量在35-45m3/s之間，且前期降水量不超過15mm的情況下。
　　 ③三峽蓄水對(duì)污染物降解系數(shù)及水環(huán)境容量的影響。
　　 受天然因素和人工蓄水的影響，澎溪河水域污染物滯留時(shí)間及降解率的變化呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)特征，回水區(qū)污染物降解系數(shù)為蓄水前1/20-1/10，直接影響著水環(huán)境容量的變化。采用一二維水動(dòng)力模型相結(jié)合，對(duì)澎溪河7個(gè)功

6、能區(qū)進(jìn)行計(jì)算表明：蓄水后，CODMn水環(huán)境容量減少約15.6％，氨氮(NH3-N)水環(huán)境容量減少量約12.2％，TP水環(huán)境容量減少約28.3％。
　　 ④采用MIKE21水動(dòng)力模型，研究三峽蓄水對(duì)澎溪河回水區(qū)水動(dòng)力特征影響。
　　 三峽蓄水后，水位上升，澎溪河回水區(qū)段河道斷面增寬，過水面積增加。在相同流量條件下，斷面流速比天然狀態(tài)下減小，流速與蓄水位成反比。蓄水前澎溪河各個(gè)斷面的最小流速為0.01-0.19 m/s，蓄水

7、后最小流速為0.001-0.005 m/s。蓄水后，渠馬、高陽、黃石、雙江大橋、河口五個(gè)斷面的平均流速為蓄水前的1/2-1/100。依據(jù)本文對(duì)澎溪河水動(dòng)力和水質(zhì)特征的分析提出了水體類型劃分：湖泊型流速<0.016m/s，過渡型流速為0.016-0.050 m/s，河道型流速為>0.050 m/s。水動(dòng)力學(xué)條件的改變導(dǎo)致水質(zhì)評(píng)價(jià)適用標(biāo)準(zhǔn)的改變，從而水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果由蓄水前的Ⅱ-Ⅲ類達(dá)標(biāo)水體變?yōu)槌^Ⅱ-Ⅲ類水質(zhì)的不達(dá)標(biāo)水體。
　　 ⑤采

8、用SWAT分布式水文模型對(duì)澎溪河流域非點(diǎn)源污染負(fù)荷的研究。
　　 采用SWAT模型，根據(jù)流域的數(shù)字高程、土壤分類、植被分類、氣象水文、水質(zhì)等自然特征和行政區(qū)劃、人口分布等社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況的相關(guān)數(shù)據(jù)和資料，建立模型數(shù)據(jù)庫。劃分為25個(gè)計(jì)算子流域，225個(gè)水文相應(yīng)單元(HRUs)，模擬計(jì)算流域非點(diǎn)源污染負(fù)荷。在7-9月氮、磷負(fù)荷最大，豐水期氮平均為928.67噸/月，磷平均為173.47噸/月；在12月至次年1月氮、磷負(fù)荷最小，枯水期氮

9、平均為61.91噸/月，磷平均為11.56噸/月。
　　 ⑥構(gòu)建SWAT模型與MIKE21耦合模型，預(yù)測(cè)水質(zhì)及水體富營(yíng)養(yǎng)化。
　　 根據(jù)三峽水庫的調(diào)蓄過程，在175m高水位、小流量、低污染負(fù)荷和145m低水位、大流量、高污染負(fù)荷的兩種設(shè)計(jì)條件下模擬澎溪河水體斷面平均CODMn、TN、TP濃度和Chla含量，澎溪河回水段從上游到下游的CODMn、TN、TP濃度有增加的趨勢(shì)，在接近河口處有趨同于長(zhǎng)江水污染物濃度的趨勢(shì)。145

10、m低水位的大流量、高污染負(fù)荷設(shè)計(jì)條件下Chla含量較高，在彎道下游和河道水面開闊的高陽、雙江大橋斷面的流速減緩區(qū)段，出現(xiàn)Chla含量峰值。
　　 擬合澎溪河水體流速及Chla含量相關(guān)關(guān)系，分別在枯豐兩種設(shè)計(jì)條件下建立水體流速(V)與Chla(S)含量的相關(guān)關(guān)系式，分別為S=0.1860·V1.6820(相關(guān)系數(shù)r2=0.8380)和S=10.8449·V-0.2939(相關(guān)系數(shù)r2=0.8380)。模擬結(jié)果表明：加大水體流速有利