三峽水庫調(diào)度對香溪河庫灣水溫特性的影響研究.pdf

1、自三峽水庫蓄水以后,由于庫水位抬高,干支流水流變緩,水體富營養(yǎng)化日趨嚴(yán)重,部分支流庫灣在春夏季多次暴發(fā)了嚴(yán)重的水華,部分學(xué)者認(rèn)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(diào)度改變庫區(qū)的水流條件,進(jìn)而控制水體富營養(yǎng)化已經(jīng)得到許多專家學(xué)者的認(rèn)可,但還沒有明確提出防控支流水華的水庫生態(tài)調(diào)度需求。本文基于CE-QUAL-W2建立三峽水庫干流-香溪河庫灣立面二維水溫水流模型,分析了分層異重流對香溪河庫灣水溫特性的影響以及設(shè)置不同的調(diào)度工況,分

2、析干流倒灌異重潛入深度以及庫灣混合層深度(Zmix)對三峽水庫調(diào)度的定量響應(yīng)關(guān)系。主要研究工作及結(jié)論如下:
　　(1)基于 CE-QUAL-W2建立三峽水庫干流-香溪河庫灣立面二維水溫水流模型能夠較準(zhǔn)確模擬出香溪河庫灣分層異重流的潛入形式、潛入厚度以及潛入距離等,與實(shí)測值高度吻合,從理論上進(jìn)一步證實(shí)了分層異重流是香溪河庫灣的主要水動力背景,該模型對香溪河庫灣的垂向特殊水溫分層結(jié)構(gòu)及其變化過程具有較好的模擬效果。由此證實(shí)該模型對三峽

3、水庫干流和香溪河庫灣的水流水溫模擬是適用的,并且可以彌補(bǔ)野外監(jiān)測、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和原位實(shí)驗(yàn)的不足,也可為同類型支流庫灣以及水庫提供參考,可為進(jìn)一步研究支流庫灣水華機(jī)理及其生態(tài)調(diào)控方案提供數(shù)值研究平臺支持。
　　(2)根據(jù)模型輸出的2010年3月-2011年2月的三峽水庫干支流水溫、水流以及水體密度等數(shù)據(jù)分析香溪河庫灣分層異重流對庫灣水溫特性的影響得到以下結(jié)論:
　　①香溪河庫灣在三峽水庫常規(guī)調(diào)度運(yùn)行期內(nèi)均存在顯著的分層異重流現(xiàn)象,

4、汛前消落期,庫灣上游來流主要以表層-底部轉(zhuǎn)化,干流水體倒灌形式表現(xiàn)為從底部-中層-表層轉(zhuǎn)化;汛期,庫灣上游來流主要以底部形式流入庫灣,干流水體倒灌形式主要表現(xiàn)為中層,持續(xù)漲水時會出現(xiàn)短期的表層倒灌;汛末蓄水初期,庫灣上游來流仍以底部形式流入庫灣,干流水體主要是表層倒灌,而在蓄水末期干流水體則會以中層形式倒灌進(jìn)入庫灣;枯水運(yùn)用期,水庫保持高水位運(yùn)行,庫灣上游仍以底部流出庫灣,干流水體主要從中下層-底部倒灌轉(zhuǎn)化。
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5、垂向時空分布差異顯著,庫灣上游由于受來流水溫的影響,水溫垂向分層較強(qiáng);下游受干流倒灌水體以及水位波動的影響水溫垂向分層較弱。正是由于水庫干流與庫灣、庫灣與上游來流相互之間的水溫差,使得干流水體以底部、中下層、中層、中上層和表層等不同形式潛入庫灣,而庫灣上游來流在春冬季會從表層流入庫灣、秋夏季從底部流入庫灣,并打破庫灣原有的水溫結(jié)構(gòu)。
　?、巯阆訋鞛乘w混合層深度(Zmix)在時間上呈現(xiàn)春夏季淺、秋冬季深的特點(diǎn);在空間上呈現(xiàn)庫灣中

6、上游低、下游高的特點(diǎn)。春季庫灣表層水溫升高較快,底部水溫較表層相對滯后,表底溫差較大導(dǎo)致混合層顯著減小;夏季庫灣表層水溫高且容易與底部低溫水體產(chǎn)生較大溫差,混合層深度達(dá)到全年最低;秋冬季光照強(qiáng)度不大,且由于三峽水庫蓄水導(dǎo)致干流水體由表層倒灌進(jìn)入庫灣使得水體混合層深度(Zmix)逐漸增大。
　?、芟阆訋鞛乘w垂向穩(wěn)定系數(shù)隨季節(jié)變化差異性較大,春季隨著氣溫的迅速升高,庫灣表層水體升溫較快,底部相對滯后,表底溫差逐漸增大,庫灣水體垂向

7、穩(wěn)定系數(shù)逐漸增大;夏季庫灣水體垂向穩(wěn)定系數(shù)顯著增大,水體分層區(qū)域較春季明顯增大,庫灣中上游呈分層狀態(tài),下游為弱分層型;秋季隨著三峽水庫蓄水,庫灣整體水溫分層狀態(tài)被逐漸打破,庫灣水體垂向穩(wěn)定系數(shù)明顯減小;冬季庫灣河口處水體為混合型,庫灣上游為弱分層水體。整體上,庫灣水體垂向穩(wěn)定系數(shù)從下游向上游逐漸增大,上游來流在一年中大部分時間相對庫灣水體溫度較低,以底部異重流形式流入庫灣,導(dǎo)致庫灣表底溫差較大,水體處于強(qiáng)分層狀態(tài),而庫灣下游由于長期與干

8、流水體有頻繁的交換過稱,因此水體處于長期混合水體或弱分層型。
　　⑤三峽水庫干流分層異重流可以增大庫灣水體垂向混合程度,打破香溪河庫灣原有的水溫垂向分層結(jié)構(gòu),使庫灣垂向水溫呈現(xiàn)獨(dú)特的分布形式,干流分層異重流潛入形式的變化是庫灣水體混合層深度(Zmix)短期變化的主要原因,且三峽水庫短期持續(xù)漲水可以使中層或中上層分層異重流上升至表層,從而改變庫灣水體混合層深度(Zmix)。
　　(3)在初始水位為155 m時,水位日漲幅在1.

9、19-1.78 m,且持續(xù)漲水3天時,倒灌水體會在庫灣中上游從中層上浮至表層,且?guī)鞛郴旌蠈由疃?Zmix)顯著增大,增幅在0.92-6.15 m;在初始水位為145 m時,水位日漲幅在0.80-2.40 m,且持續(xù)漲水2天時,倒灌水體會在庫灣中上游從中層上浮至表層,且?guī)鞛乘w混合層深度(Zmix)顯著增大,增幅在0.64-8.24 m。
　　(4)在短期持續(xù)漲水調(diào)度工況下,不同水位日漲幅以及漲水天數(shù)的增加不能夠改變香溪河庫灣長期存