水庫調度作用下香溪河庫灣水動力場特征數(shù)值模擬研究.pdf

1、支流水體富營養(yǎng)化及藻類水華是研究三峽水庫生態(tài)環(huán)境問題的重要內容,而水動力場對支流庫灣營養(yǎng)鹽的輸移有重要影響,長期野外觀測發(fā)現(xiàn),香溪河庫灣在一年內大部分時間內都有長江干流與庫灣水體的溫差倒灌異重流存在,其對庫灣的水質及水體富營養(yǎng)化進程有著直接影響。研究三峽水庫正常運行調度后支流庫灣水動力特性及其受水庫干流影響的規(guī)律,是深入研究庫灣水環(huán)境狀況和解決其水體富營養(yǎng)化問題的基礎?；诖?本文通過數(shù)值模擬方法,以實際監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎,率定合理的數(shù)學模

2、型參數(shù),模擬香溪河庫灣在三峽水庫正常調度運行后的水動力場、溫度場年內運動、變化特征,研究庫灣水溫異重流的運動特征,并探討水庫水位調度對庫灣水動力場、溫度場的影響,主要內容及研究成果如下:
　　(1)系統(tǒng)開展三峽水庫支流庫灣水溫分布相關文獻收集與整理,分析影響水庫水溫分布的主要因素,總結實際監(jiān)測方面的研究成果;收集三峽庫區(qū)以及香溪河相關的水動力、水溫、氣象等數(shù)據(jù),為建立香溪河庫灣異重流的數(shù)學模型提供基礎數(shù)據(jù)支持。
　　(2)根

3、據(jù)收集的相關資料,綜合考慮影響異重流模型的主要因素,建立香溪河庫灣異重流數(shù)學模型,并利用07年實測資料對數(shù)學模型的主要參數(shù)進行率定和驗證,在此基礎上,預測三峽水庫正常調度運行后,香溪河水動力場、溫度場的變化情況,分析異重流運動在全年的運動變化情況。模擬結果表明,整個香溪河計算區(qū)域在一年中均存在溫度異重流現(xiàn)象,其中,在河口區(qū),長江干流水體倒灌進香溪河口的流速較大,與庫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,而由于來流水溫低,一年中大部分時間是以低溫水潛入,水體垂向表底存在溫差。
　　(3)由于長江干流水體的倒灌和香溪河上游來流的影響,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,因受長江入流的影響,在一年中水體有較弱的分層;在香溪河庫灣上游區(qū)域,地形較高,水深較淺,由于上游來流水溫在一年中大部分均低于庫灣水體水溫,主要以底層潛流的形式進入庫灣,表底層垂向存在一定的溫差;而在庫灣中游區(qū)域,表底層垂向溫差

5、處于上游和河口之間,表現(xiàn)為長江干流倒灌水體,隨著向庫灣上游運動,在運動過程中逐漸與庫灣水體發(fā)生摻混,與庫灣水體溫差逐漸縮小。
　　(4)由于水動力場對庫灣營養(yǎng)鹽的輸移有重要影響,是香溪河庫灣水華暴發(fā)的主要誘因,而異重流的運動是水動力場的重要組成部分,因此,如果通過水庫調度,增強庫灣異重流的運動強度,增加水體表底層的垂向摻混,從而改變香溪河庫灣的水動力場,可能會對庫灣的水華情勢產(chǎn)生積極的影響,基于此,本文探討了通過三峽水位調度,水位

6、改變對香溪河庫灣水溫-水動力場的影響。結果表明,①水庫通過水位下降的調度對庫灣水動力場的影響主要體現(xiàn)在庫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,而對庫灣水體流速的影響主要在庫灣上游,對中下游段流速影響很小;②水庫水位抬升的調度對庫灣中、底層水體的流速影響較大,會減小庫灣流向河口的流速,水庫水位抬升的調度也會使庫灣中下游區(qū)域表底層垂向溫差明顯減小,增大其垂向摻混。③水庫以不同水位運行對于香溪河水動力場的影響較為明

7、顯,較低水位運行相對較高水位運行使長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)水庫水位下降以及降低水位運行對能夠減小香溪河中上游的表底垂向溫差,增強其垂向摻混,而對下游區(qū)域影響相反;水庫水位抬升運行能夠減小香溪河中下游的表底垂向溫差,增強其垂向摻混,而對香溪河中上游區(qū)域相反。利用這一結論,可以考慮針對庫灣不同區(qū)域的水華暴發(fā)采取不同的水庫調度方