分層異重流背景下香溪河庫灣水質(zhì)模型的建立與應(yīng)用.pdf

1、三峽水庫蓄水后,香溪河庫灣每年暴發(fā)不同情勢的水華現(xiàn)象,對當(dāng)?shù)氐纳鐣?jīng)濟(jì)發(fā)展帶來不利影響。水華暴發(fā)過程中,水體中豐富的營養(yǎng)鹽提供了充足的物質(zhì)基礎(chǔ)。水體營養(yǎng)鹽來源主要包括點(diǎn)源、面源及內(nèi)源。近年來研究發(fā)現(xiàn),由于水庫干流與香溪河庫灣、庫灣與上游來水之間存在密度差異,從而形成倒灌異重流,對庫灣營養(yǎng)鹽、葉綠素a濃度和分布產(chǎn)生重要影響。本論文以香溪河為研究對象,利用立面二維水流水質(zhì)模型CE-QUAL-W2建立香溪河庫灣水質(zhì)模型,采用差分演化算法對水質(zhì)

2、模型進(jìn)行自動率定,并探討不同分層異重流背景下香溪河庫灣營養(yǎng)鹽輸移分布規(guī)律和通量以及水華情勢,得出的主要結(jié)果與結(jié)論如下:
　　1、基于差分演化算法的水質(zhì)模型自動率定:
　　對2010年春季香溪河庫灣水溫、TP、TN、NO3-N和Chl-a率定的AME分別為0.1458、0.0351、0.1511、0.0863、10.711,RMS分別為0.1757、0.0425、0.1831、0.1138、12.633;對2010年夏秋季香溪

3、河庫灣水溫、TP、TN、NO3-N和 Chl-a進(jìn)行驗(yàn)證時,其平均誤差分別為0.53℃、0.017mg/L、0.15mg/L、0.11mg/L、5.163mg/m3,W2模型的模擬結(jié)果與實(shí)測結(jié)果吻合較好?；诓罘盅莼惴ǖ乃|(zhì)自動率定精度較高,不僅可以節(jié)省大量時間,而且可以避免在模型率定過程中因模型使用者主觀因素而產(chǎn)生的誤差。
　　2、通過 CE-QUAL-W2模擬,分析不同分層異重流背景下香溪河庫灣營養(yǎng)鹽的輸移規(guī)律和通量:

4、>　　(1)營養(yǎng)鹽輸移規(guī)律
　　當(dāng)發(fā)生表層倒灌異重流時,干流倒灌補(bǔ)給營養(yǎng)鹽隨表層倒灌異重流進(jìn)入庫灣,隨著異重流的不斷發(fā)展,輸移至整個庫灣,對庫灣營養(yǎng)鹽造成影響。當(dāng)異重流發(fā)展至穩(wěn)定階段時,庫灣TN濃度整體增大,而TP濃度整體降低;干支流溫差越大,表層倒灌異重流補(bǔ)給的營養(yǎng)鹽對庫灣水體的影響范圍越大。
　　當(dāng)發(fā)生中層倒灌異重流時,干流補(bǔ)給營養(yǎng)鹽隨中層倒灌異重流進(jìn)入庫灣,隨著異重流的不斷發(fā)展,輸移至整個庫灣,對庫灣營養(yǎng)鹽造成影響,干

5、流水體對庫灣中下游的影響程度明顯大于中上游;干流水體與庫灣表層水體的溫度差越小,中層倒灌異重流補(bǔ)給的營養(yǎng)鹽對庫灣的影響范圍越大。
　　當(dāng)發(fā)生底層倒灌異重流時,底層倒灌異重流補(bǔ)給的營養(yǎng)鹽對庫灣水體的影響范圍小于表層和中層倒灌異重流,主要影響區(qū)域?yàn)楹涌谥翈鞛持杏魏佣?干支流溫差越大,底層倒灌異重流補(bǔ)給的營養(yǎng)鹽對庫灣水體的影響范圍越大。
　　(2)營養(yǎng)鹽通量
　　當(dāng)發(fā)生表層倒灌異重流時,干支流溫差越大,干流對支流營養(yǎng)鹽輸入的

6、凈瞬時通量越大,隨著異重流發(fā)展,凈瞬時通量隨之減小。
　　當(dāng)發(fā)生中層倒灌異重流時,在工況運(yùn)行的初期,干流溫度與表層溫差相差越小,干流對支流輸入的TN、TP凈瞬時通量越大;隨著時間的延長,干流對支流輸入的凈瞬時通量隨著干流與支流表層溫差的增大而增大。
　　當(dāng)發(fā)生底層倒灌異重流時,干支流溫差越大,底層倒灌異重流補(bǔ)給的營養(yǎng)鹽對庫灣水體的影響范圍越大,TN和 TP的凈瞬時通量越大,其凈瞬時通量均隨著異重流的發(fā)展而減小。
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7、、通過 CE-QUAL-W2模擬,分析了不同分層異重流背景下香溪河庫灣水華情勢:
　　表層倒灌異重流發(fā)生時,香溪河庫灣的水溫結(jié)構(gòu)易被破壞,中上層水溫趨于均勻分布,水體混合層深度增大,水體穩(wěn)定性減弱,水體垂向摻混加劇,表層藻類易被帶入下層水體,表層水體Chl-a濃度降低;上游來流量增大時,庫灣中下游表層Chl-a濃度變化不大,庫灣上游Chl-a濃度顯著降低;適當(dāng)泄水可以顯著的抑制庫灣上游的水華情勢,而蓄水可以降低整個庫灣的Chl-a

8、濃度;先泄水后蓄水可以抑制庫灣水華,蓄泄幅度越大庫灣Chl-a濃度越低。
　　中層倒灌異重流發(fā)生時,XX00-XX05區(qū)域表層流速增大,浮游植物隨水流輸運(yùn)出庫灣,表層水體 Chl-a濃度降低;XX06-XX08區(qū)域受異重流影響,形成階梯狀水溫分布形式,水體穩(wěn)定系數(shù)增大,藻類迅速繁殖,表層水體Chl-a濃度增大;上游來流量改變對庫灣下游表層 Chl-a濃度影響較小,中上游表層 Chl-a濃度隨著上游來流量的增大而減小;適當(dāng)增大三峽水

9、庫的蓄水幅度可以更好的抑制庫灣的水華情勢;先泄水后蓄水可以抑制庫灣水華,蓄泄幅度越大庫灣 Chl-a濃度越低。
　　底層倒灌異重流發(fā)生時,香溪河庫灣Chl-a濃度整體偏低,水庫干流水體由底層潛入庫灣,庫灣水體由表層流出庫灣,浮游植物隨水流輸運(yùn)出庫灣,進(jìn)一步降低庫灣表層Chl-a的濃度;上游來流量增大時,庫灣Chl-a濃度顯著降低,當(dāng)上游來流量進(jìn)一步增大時,庫灣Chl-a濃度變化較小;蓄、泄水均可以降低香溪河庫灣Chl-a的濃度,隨