水庫(kù)調(diào)度作用下香溪河庫(kù)灣水動(dòng)力場(chǎng)特征數(shù)值模擬研究.pdf

1、支流水體富營(yíng)養(yǎng)化及藻類水華是研究三峽水庫(kù)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的重要內(nèi)容,而水動(dòng)力場(chǎng)對(duì)支流庫(kù)灣營(yíng)養(yǎng)鹽的輸移有重要影響,長(zhǎng)期野外觀測(cè)發(fā)現(xiàn),香溪河庫(kù)灣在一年內(nèi)大部分時(shí)間內(nèi)都有長(zhǎng)江干流與庫(kù)灣水體的溫差倒灌異重流存在,其對(duì)庫(kù)灣的水質(zhì)及水體富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程有著直接影響。研究三峽水庫(kù)正常運(yùn)行調(diào)度后支流庫(kù)灣水動(dòng)力特性及其受水庫(kù)干流影響的規(guī)律,是深入研究庫(kù)灣水環(huán)境狀況和解決其水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題的基礎(chǔ)?；诖?本文通過(guò)數(shù)值模擬方法,以實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),率定合理的數(shù)學(xué)模

2、型參數(shù),模擬香溪河庫(kù)灣在三峽水庫(kù)正常調(diào)度運(yùn)行后的水動(dòng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)年內(nèi)運(yùn)動(dòng)、變化特征,研究庫(kù)灣水溫異重流的運(yùn)動(dòng)特征,并探討水庫(kù)水位調(diào)度對(duì)庫(kù)灣水動(dòng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)的影響,主要內(nèi)容及研究成果如下:
　　(1)系統(tǒng)開(kāi)展三峽水庫(kù)支流庫(kù)灣水溫分布相關(guān)文獻(xiàn)收集與整理,分析影響水庫(kù)水溫分布的主要因素,總結(jié)實(shí)際監(jiān)測(cè)方面的研究成果;收集三峽庫(kù)區(qū)以及香溪河相關(guān)的水動(dòng)力、水溫、氣象等數(shù)據(jù),為建立香溪河庫(kù)灣異重流的數(shù)學(xué)模型提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。
　　(2)根

3、據(jù)收集的相關(guān)資料,綜合考慮影響異重流模型的主要因素,建立香溪河庫(kù)灣異重流數(shù)學(xué)模型,并利用07年實(shí)測(cè)資料對(duì)數(shù)學(xué)模型的主要參數(shù)進(jìn)行率定和驗(yàn)證,在此基礎(chǔ)上,預(yù)測(cè)三峽水庫(kù)正常調(diào)度運(yùn)行后,香溪河水動(dòng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)的變化情況,分析異重流運(yùn)動(dòng)在全年的運(yùn)動(dòng)變化情況。模擬結(jié)果表明,整個(gè)香溪河計(jì)算區(qū)域在一年中均存在溫度異重流現(xiàn)象,其中,在河口區(qū),長(zhǎng)江干流水體倒灌進(jìn)香溪河口的流速較大,與庫(kù)灣水體垂向交換明顯,水溫垂向溫差較小。而在香溪河上游,異重流現(xiàn)象表現(xiàn)微弱

4、,流速很小,只有毫米級(jí),而由于來(lái)流水溫低,一年中大部分時(shí)間是以低溫水潛入,水體垂向表底存在溫差。
　　(3)由于長(zhǎng)江干流水體的倒灌和香溪河上游來(lái)流的影響,香溪河水體水溫具有明顯的空間分布特性,即在近河口區(qū)域,因受長(zhǎng)江入流的影響,在一年中水體有較弱的分層;在香溪河庫(kù)灣上游區(qū)域,地形較高,水深較淺,由于上游來(lái)流水溫在一年中大部分均低于庫(kù)灣水體水溫,主要以底層潛流的形式進(jìn)入庫(kù)灣,表底層垂向存在一定的溫差;而在庫(kù)灣中游區(qū)域,表底層垂向溫差

5、處于上游和河口之間,表現(xiàn)為長(zhǎng)江干流倒灌水體,隨著向庫(kù)灣上游運(yùn)動(dòng),在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中逐漸與庫(kù)灣水體發(fā)生摻混,與庫(kù)灣水體溫差逐漸縮小。
　　(4)由于水動(dòng)力場(chǎng)對(duì)庫(kù)灣營(yíng)養(yǎng)鹽的輸移有重要影響,是香溪河庫(kù)灣水華暴發(fā)的主要誘因,而異重流的運(yùn)動(dòng)是水動(dòng)力場(chǎng)的重要組成部分,因此,如果通過(guò)水庫(kù)調(diào)度,增強(qiáng)庫(kù)灣異重流的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度,增加水體表底層的垂向摻混,從而改變香溪河庫(kù)灣的水動(dòng)力場(chǎng),可能會(huì)對(duì)庫(kù)灣的水華情勢(shì)產(chǎn)生積極的影響,基于此,本文探討了通過(guò)三峽水位調(diào)度,水位

6、改變對(duì)香溪河庫(kù)灣水溫-水動(dòng)力場(chǎng)的影響。結(jié)果表明,①水庫(kù)通過(guò)水位下降的調(diào)度對(duì)庫(kù)灣水動(dòng)力場(chǎng)的影響主要體現(xiàn)在庫(kù)灣表底層溫差減小上,可以增大中上游區(qū)域的垂向摻混,減小其垂向溫差,而對(duì)庫(kù)灣水體流速的影響主要在庫(kù)灣上游,對(duì)中下游段流速影響很小;②水庫(kù)水位抬升的調(diào)度對(duì)庫(kù)灣中、底層水體的流速影響較大,會(huì)減小庫(kù)灣流向河口的流速,水庫(kù)水位抬升的調(diào)度也會(huì)使庫(kù)灣中下游區(qū)域表底層垂向溫差明顯減小,增大其垂向摻混。③水庫(kù)以不同水位運(yùn)行對(duì)于香溪河水動(dòng)力場(chǎng)的影響較為明

7、顯,較低水位運(yùn)行相對(duì)較高水位運(yùn)行使長(zhǎng)江干流倒灌范圍減小,倒灌流速減小,而中下游區(qū)域流向河口流速增大,使庫(kù)灣中下游區(qū)域表底層垂向溫差明顯減小,增大其垂向摻混。
　　(5)水庫(kù)水位下降以及降低水位運(yùn)行對(duì)能夠減小香溪河中上游的表底垂向溫差,增強(qiáng)其垂向摻混,而對(duì)下游區(qū)域影響相反;水庫(kù)水位抬升運(yùn)行能夠減小香溪河中下游的表底垂向溫差,增強(qiáng)其垂向摻混,而對(duì)香溪河中上游區(qū)域相反。利用這一結(jié)論,可以考慮針對(duì)庫(kù)灣不同區(qū)域的水華暴發(fā)采取不同的水庫(kù)調(diào)度方