三峽水庫近壩區(qū)典型支流水流特性及其對調度的響應.pdf

1、三峽水庫蓄水以后,由于庫水位抬高,干支流水流變緩,水體富營養(yǎng)化日趨嚴重,部分支流庫灣多次了“水華”,部分學者認為水流變緩是水庫富營養(yǎng)化的主要誘因之一,通過水庫調度改變庫區(qū)的水流條件,進而控制水體富營養(yǎng)化已經(jīng)得到許多專家學者的認可,但還沒有明確提出防控支流水華的水庫生態(tài)調度需求。本文通過研究三峽水庫近壩區(qū)典型支流香溪河和神農溪庫灣的水動力特性,采用現(xiàn)場監(jiān)測與數(shù)值模擬等手段相結合,分析了三峽水庫香溪河和神農溪庫灣水動力過程,并比較了水庫不同

2、運行時期各個支流的水溫水動力特征。借助CE-QUAL-W2建立數(shù)學模型模擬香溪河和神農溪庫灣水流特性,驗證了CE-QUAL-W2模型在香溪河和神農溪庫灣水流計算中的適用性。并進一步應用模型,模擬不同泄水調度和蓄泄結合調度工況下庫灣水動力特性的變化,結合水動力過程與水華的響應關系,判斷各泄水調度工況控制水華是否可行。主要結論如下:
　　(1)通過野外監(jiān)測比較水庫不同運行時期各個支流的水溫水動力特征,得出主要結論如下:
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3、溪河和神農溪庫灣全年都存在倒灌異重流現(xiàn)象,同一時間干流水體從河口的潛入位置基本相同;香溪河和神農溪庫灣上游下泄低溫水全年都以順坡異重流的形式流向下游。
　?、谙阆雍蜕褶r溪庫灣倒灌異重流的潛入方式基本相同,由于枯水期歷時較長,經(jīng)歷了由表層-中層-底層-表層轉化的過程;汛前消落期和汛期主要以表層和中層倒灌為主;蓄水期主要由中層倒灌轉化為表層倒灌。
　?、鄹闪鳚撊胂阆铀w潛入過程中,異重流厚度沿程變化較為平緩,呈緩慢減小的趨勢

4、。而潛入神農溪水體由于受地形影響異重流厚度沿程變化過程較為復雜,表層倒灌時異重流潛入規(guī)律與香溪河相似,呈緩慢減小的趨勢,而底層倒灌時,SN02斷面處特殊的地形條件對干流倒灌水體的入侵起到了緩沖作用。
　　④香溪河和神農溪庫灣水體垂向分層狀態(tài)的時空分布規(guī)律基本相同,水體穩(wěn)定系數(shù)由庫灣下游向上游都呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢?？菟谥饕瓜驌交鞝顟B(tài)為主,庫灣上游小部分區(qū)域處于弱分層狀態(tài),隨著時間的推移庫灣水體摻混狀態(tài)向弱分層狀態(tài)轉變;汛前消落期

5、庫灣水體由弱分層狀態(tài)向分層狀態(tài)轉變;汛期庫灣下游呈現(xiàn)弱分層狀態(tài),上游呈現(xiàn)分層狀態(tài);蓄水期庫灣水體由分層狀態(tài)向摻混狀態(tài)轉變。
　?、菹阆铀w主要進行“水平”而非“垂直”能量交換,而神農溪水體下游段河口至SN02斷面“水平”和“垂向”能量交換都很明顯,中上游SN02斷面以上主要進行“水平”能量交換。
　　(2)基于 CE-QUAL-W2建立的三峽水庫-香溪河-神農溪庫灣立面二維水流水溫模型能夠準確的模擬香溪河庫灣長期存在的分層

6、異重流特性,模型能夠較為準確的模擬出長江干流以及支流庫灣水溫垂向分布特征和支流庫灣長期存在的水流分層異向流動,基本能夠反映出干流水體潛入厚度以及潛入距離,同時模型能夠較為準確的模擬出支流庫灣流速大小以及流速垂向分布規(guī)律。因此,該模型可以用于香溪河和神農溪庫灣水動力模擬。
　　(3)分別模擬了初始水位160 m、155 m條件下,不同泄水調度工況下的庫灣水動力特性,以及在汛前消落期不同水位日變幅蓄泄結合調度工況水位調度對近壩區(qū)典型支

7、流水流特性的影響規(guī)律分析,得出主要結論如下:
　　①在160 m水位下進行泄水調度時,香溪河和神農溪庫灣流場發(fā)生了明顯的變化,隨著泄水幅度的增強,干流倒灌異重流的潛入距離明顯減小,異重流厚度也有一定程度的減小,且神農溪庫灣流場的變化比香溪河更加明顯。泄水調度對香溪河庫灣表層水體的流出起到了促進作用,庫灣下游XX00-XX05斷面之間表層流速基本都在控制水華暴發(fā)的臨界流速0.04 m/s以上,庫灣上游XX05-XX10斷面之間表層流

8、速變化較小,流速均小于0.04 m/s。而神農溪庫灣160 m水位時,干流以表層倒灌為主,泄水調度對神農溪庫灣表層水體的潛入起到了抑制作用,因此整個庫灣表層流速在短期調度時間內大小較小,均低于0.04 m/s。
　　②在155 m水位下進行泄水調度時,香溪河和神農溪庫灣流場發(fā)生了明顯的變化,隨著泄水幅度的增強,干流倒灌異重流的潛入距離明顯減小,異重流潛入厚度變化不大。泄水調度對香溪河和神農溪庫灣表層水體的潛入起到了抑制作用,因此整

9、個庫灣表層流速在短期調度時間內大小較小,幾乎均低于0.04 m/s。
　?、墼谘辞跋淦诓煌蝗兆兎钚菇Y合調度工況香溪河和神農溪的縱向水流分布特征與水位平穩(wěn)時基本相同。在汛前消落期進行蓄泄結合調度與常規(guī)的泄水調度方式相比,蓄水時段庫灣表層流速明顯增加,泄水時段表層流速有所減小。綜合考慮表層流速隨時間和空間的變化特征,第一天蓄0.5 m,第二天泄1.1 m,循環(huán)蓄泄15個周期,對控制香溪河支流下游水華最為有利,第一天蓄1 m,第