大型水库三维水质模型研究

针对大型水库水质要素分布呈现明显三维效应的特点,建立了一种考虑温度分层影响的DO,CODCr,TP,TN三维水质预测模型。采用二滩鱼感鱼河支库原型观测资料对模型进行验证,并分析了模型误差产生的原因及模型的适用性。分析结果表明,所建模型可以用于对DO,CODCr,TP,TN等水质要素的数值模拟,模拟成果可为大型水库修建的环境影响评价提供科学依据。将该模型应用于某在建大型水库,成功模拟预测了该水库水质要素的三维分布特性。     

大型分层水库翻库特性及溶解氧响应研究

翻库对分层水库的水生态环境具有重要意义。通过在大型深水水库潘家口水库的原位监测结合垂向二维水动力-水质-水生态模型对翻库特性及溶解氧(DO)响应进行研究,分别对2018和2020年的水环境过程进行模拟。结果显示,水温分层导致了DO垂向分层,表层DO与气温相关性强,底层DO在分层后持续下降至0,秋季翻转是底层复氧的主要途径。2018年平均运行水位较2020年高14.2 m,表层温水层最大厚度2018年比2020年增加了近10 m,水库翻库从库尾逐渐向坝前推进。在库尾到坝前的距离约30 km的水域,2018年翻库的历经时间比2020年缩短40 d,坝前DO的垂向均匀时间滞后于水温7~10 d。水库水位较低时,翻库产生的表层水体DO下降幅度更大,降幅为3~4 mg/L。分别对水库不同断面可用势能指数(APE)对分层稳定性的过程进行分析,水库在不同年份和不同位置断面的翻库日期与夏季混合循环期的平均APE指数大小具有较好的相关关系。研究为探求大型深水分层水库水环境演变规律,科学合理进行调度提供理论基础。     

基于数据同化的深水湖库水温中短期预报

深水湖库的水温分布与演化影响着水体运动、生化反应和水生生物的新陈代谢过程,在中短期时间尺度上预报水温变化对湖库水质管理与生态环境安全十分必要。本文基于集合卡尔曼滤波算法与CE-QUAL-W2模型,构建可综合考虑模型参数、边界条件以及观测数据不确定性的湖库水温数据同化系统,利用水库调度数据与气象数据作为预报条件,将该系统应用于大黑汀水库进行1～10 d的中短期水温预报。结果表明：当集合数为100、模拟误差和观测误差分别为10%和1%时,同化系统能够兼顾较高的计算效率与模拟精度。同时校正模型参数和状态变量,能够使数据同化系统在不同水深处的水温模拟精度较无数据同化模拟结果提升41.2%～68.8%。随着预报期由1 d延长至10 d,各水深的预报误差由0.22～0.35℃增大至0.77～1.09℃。无论水库处于分层期或混合期,数据同化系统均能够在预报期内的气象条件及水库调度等内外部因素驱动下维持较高的准确性,高精度的水温中短期预报方法可以为湖库供水与生态安全提供理论与技术支撑。     

一维垂向水温分布模型在隔河岩水库中的应用与检验

分析国内外水库水温研究的发展情况 ,并以湖北省清江隔河岩水利枢纽为对象 ,研究深水型水库的垂向水温分布的模拟问题。采用一维垂向水温分布模型 ,用有限差分法计算隔河岩水库的垂向水温分布 ,并将计算结果与实测值比较 ,其吻合效果良好。该方法可用于深水型水库垂向水温分布的预测。     

陈行水库水质模型与自净规律研究

应用WIN/DYNHYD+和WASP6建立了陈行水库水动力模型和水质模型,并对水质模型中水质参数进行率定和验证;应用建立的陈行水库水质模型研究了陈行水库的自净规律。研究表明,陈行水库的水温、水位、流场、水力停留时间对水库自净作用有很大影响;在水温正常变化范围内,水温越高,水力停留时间越长,陈行水库自净能力就越强,并提出陈行水库运行管理建议。     

基于GPU和数据同化的深水湖库水温与溶解氧中短期预报

深水水库通常存在季节性温度分层,由温度分层引起溶解氧等水质指标的分层还会诱发库区水环境水生态问题。当前在中短期时间尺度上对水库水温和溶解氧进行预报的研究相对较少,提高数学模型的模拟效率与精度对提升中短期预报效果至关重要。本文采用集合卡尔曼滤波算法作为同化方法,基于CE-QUAL-W2模型建立水库水动力水质数学模型,基于OpenACC的GPU并行方法提升模型计算效率,构建大黑汀水库水温与溶解氧的数据同化系统,在中短期时间尺度上开展水库水温与溶解氧高精度、高效率预报。预报结果符合水库水温与溶解氧的中短期变化规律,能够为大黑汀水库的供水与生态安全提供技术支撑。     

分层型水库水温水质耦合模型研究及其应用

水库水温分层不仅对水库水质的降解过程产生影响,更重要的是通过对水库流场的作用进一步影响库区水质分布,并对下泄水质产生影响,因此对分层型水库的水质模拟必须考虑水温分层影响.建立了宽度平均的立面二维水温水质耦合模型,采用建立的数学模型对某拟建水库水温水质进行了模拟.结果表明,分层型水库库区水质受温度场、流场影响明显,存在垂向分层、纵向差异等现象.研究成果可为水库水环境影响评价及保护提供参考.     

河道型水库富营养化及水华调控方法和关键技术

本文提出了河道型水库富营养化及水华调控的系统研究方法,重点探讨了水利水电工程影响下的河道型水库富营养化及水华监测、模拟及调控方法及关键技术,包括流域水环境监测评估与水华预警系列技术,大型水库多维、多场耦合富营养化模拟系统,以及改善河道型水库支流库湾水温层化进而抑制水华暴发的调控方法等,以期为抑制河道型水库支流库湾水华暴发、改善水库水质提供参考和依据。     

调水调蓄水库水质三维模拟预测及保护对策

对于大规模外调水成为主水源的调蓄水库,蓄水后水深会显著增加,水动力与水质状况将发生显著改变,有必要在蓄水前通过三维模拟研究其水质时空演变趋势、潜在问题及应对策略。以深圳市清林径水库为例,通过MIKE3软件实施三维水动力与水质模拟,预测了东江调水入库蓄水过程中水质时空分布特征,及蓄满后水温分布特征。根据模拟结果,水位上升后出现稳定的季节性水温分层;受外调水和本地降雨径流影响,汛期部分时段进水口所在库湾及水库支流末端氮磷浓度相对较高;水库可能面临局部水华风险、裸露坡面污染、季节性水温分层、底层水质恶化等问题。本文有针对性地提出了外调水前置处理、面源与内源污染治理、分层取水、调水与供水时机调度优化等水质保障对策,可为大型引水调蓄水库水质预测与适应性管理提供借鉴。     

大伙房水库水体富营养化及其影响因素分析

基于RCA模型建立了大伙房水库水质模型,对不同水质要素进行模拟,分析了各水质要素空间分布规律及其随时间的变化特征,研究了各河流营养盐输入对水库水质要素的影响,结果表明:模拟得到的水质要素与监测点位的实测值符合良好,将各河流磷、氮输入均减半后,水库水体夏季溶解氧浓度明显增加;苏子河的磷输入对抚顺取水口处浮游植物生长和总磷的贡献大于浑河,对大伙房水库水质管理具有重要的实际价值。