松涛水库水温数值模拟研究

为研究热带地区湖泊型水库水温分布规律,以海南省松涛水库为研究对象,采用垂向一维水温模型——DYRESM模拟水温分布,探究该水库水温结构及垂向水温年内演变规律。经分析可知:松涛水库水温呈显著的稳定分层结构,水温垂向分布具有明显的季节性;6、7月平均水温最高,2月最低,水深40 m处至库底水体水温不随时间改变,常年保持在19℃左右;全年内,水库表层水温均高于入流水温和当地气温;入库流量猛增时会导致水库水温出现双温跃层结构。     

澜沧江小湾水电站坝前水温垂向分布特征

水温是水生态系统中关键的环境因子,对水生生物的生存繁殖和水环境系统生态平衡具有重要作用。大型水库建成蓄水后改变原有河道水温结构,垂向上会出现水温分层现象。以澜沧江小湾水电站为研究对象,获取坝前1～200m水深不间断高密度水温数据,开展小湾水电站坝前垂向水温分布特征研究。结果表明:小湾水库为典型分层型水库,坝前水温存在全年分层现象,夏季分层现象最明显,冬季分层现象最弱;表底层水温年平均温差达8.14℃,水温相对水深年变化率为0.05℃/m;坝前表层水温与气温呈正相关关系,水温最值出现时间较气温滞后;温跃层厚度变化趋势与深度相反,温跃层深度随季节发生变化,春季温跃层深度下降,冬季上升,夏秋两季处于稳定状态。     

潘家口水库热分层期溶解氧垂向分布及影响因素

为探究水库热分层对溶解氧垂向分布的影响,2019年8月在潘家口水库设置监测平台,分别采用YSI-EXO2监测仪和NISKIN采样器进行监测和水样采集,测定库区水温、溶解氧、pH、浮游植物等水质指标的垂向分布,分析水体热分层期溶解氧垂向分布的影响因素及溶解氧极小值（MOM）的形成原因。结果表明：潘家口水库8月存在显著热分层现象,水温呈混合层-温跃层-滞温层结构。混合层溶解氧浓度大于6.5 mg/L;温跃层受热分层等影响显著,层内出现MOM,梯度明显增大,浓度显著减小;滞温层溶解氧逐渐恢复。相关性分析表明：溶解氧与水温和浮力频率显著相关,热分层是MOM形成的主要物理因素;溶解氧与浮游植物生物量和pH呈正相关,温跃层浮游植物的呼吸作用、营养物质的积累和有机物质的氧化分解等生物和化学因素在一定程度上促进了MOM的发展。     

二滩水库水温结构及其影响因素研究

应用MIKE 3建立三维水温模型,对二滩水库水温结构进行数值模拟,发现该水库水温垂向分布呈现单温跃层和双温跃层两种型式。 气象要素、库区来水流量和水体温度、水库出流位置及流量大小等是影响水温结构的主要因素。夏季二滩水库随着上游来水水温的升高,水库水温相应升高,但在温度异重流和紊流扩散的双重作用下,是水库中层均温层水体温度同步升高。大坝出水位置的改变,将使库区流态发生变化,随着出水口位置的下移,水库来水和出流形成的纵向水流随之向库底下潜,水库中层均温层垂向厚度增加,对库底水温的干扰增强。     

二滩水库水温结构及其影响因素研究

采用三维水温模型，对二滩水库水温结构进行数值模拟，模拟了二滩水库水温结构特征，发现二滩水库水温垂向分布呈现单温跃层和双温跃层两种型式。研究了水库水温结构变化的影响因素，表明影响二滩水库水温结构的因素主要有气象要素、库区来水流量和水体温度、水库出流位置及流量大小等。夏季二滩水库随着上游来水水温的增大，水库水温相应增加，但在温度异重流和紊流扩散的双重作用下，仅是水库中层均温层水体温度同步增加。随着二滩水库大坝出水位置的改变，库区流态发生变化，随着出水口位置的下移，水库来水和出流形成的纵向水流随之向库底下潜，水库中层均温层垂向厚度增加，对库底水温的干扰增强。     

水库水温垂向分层模型及黑河水库水温预测

水库水温垂向分层模型将水库水体离散为具有一定厚度的水平层次，同一层内水体充分混合，水温相同，在此基础上考虑太阳辐射、出入水流、垂向扩散及密度对流等因素，根据质量、热量平衡原理计算各层水温。对黑河水库水温结构的预测表明，水温的垂向分布与径流过程和水库运行方式关系密切。建议水库设置活动分层取水设施，并在泄水方式上适当考虑对温跃层的破坏和对农灌水质的影响。     

分层型水库垂向水温分布模型解析解研究

分层型水库垂向水温计算常采用垂向水温分布模型的数值解法或经验公式法,数值解法计算工作量较大,经验公式法简便但不能随便移植使用。在Huber和Harleman建立的垂向一维水库水温模型的基础上,简化模型结构和部分参数,推导出垂向一维水库水温分布模型解析解,并用二滩水库的实测水温资料验证了解析解,得到了较好的效果。提出的垂向一维水库水温分布模型解析解法可用于深水型水库垂向水温分布预测。     

水温综合模型在漫湾水库水温计算中的应用

水库尤其是高坝大库的兴建会使水温产生较明显的垂向分层,垂向水温的分层计算能够确定出水库下泄水温,进而较准确评价河道的水温变化.构建了"人工神经网络模型+统计法+朱伯芳法"综合预测模型计算水库垂向水温分层,以漫湾水库为研究对象对模型进行了检验.结果表明模型结构是合理的,所有月份和所有垂向断面计算水温与实测水温的相对误差均小于8%,模型用于预测水库坝前垂向水温分布是可行的.     

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。     

季调节深水大库全库区全年水温结构的模拟验证

应用环境流体动力学模型EFDC，以多年实际运行的二滩水电站水库水温实测资料为基础，对季调节峡谷深水型水库全库区、全年的水温结构变化进行模拟验证。结果表明，应用EFDC的水温数值模型，包括其水温垂向双指数衰减的内部传导模式、由紊动能量及紊动长度双输移方程为基础的垂向扩散模式等，较好地捕捉到了二滩水电站水库全库区纵向及垂向的水温分布，及其在季节气候、水库调度耦合作用下的变化特征。敏感性分析计算表明，夏季库区垂向双温跃层结构模拟的关键在于水体内部水温传导模式的选取及对由水库调度所形成的库区垂向流场的精细模拟。在此基础上，本模拟研究较好地揭示了在高温高辐射及水库泄洪联合作用下，垂向双温跃层结构的形成及发展过程。     

基于EFDC的西南地区某水库水温结构模拟研究

为预测西南地区某水库的水温分布规律,本文以EFDC模型为基础,参考二滩水库、三峡水库和阿海水库等算例的模型参数取值,建立了该水库二维水温模型,对该水库典型平水年水温分布进行预测,分析了该水库水温分层及下泄水温的变化规律。模拟结果表明:(1)典型平水年夏季该水库会出现水温垂向分层现象,其中6月份垂向温差最大达到10℃;(2)水库表层水体温度呈现出季节性的变化规律,日间变化也十分明显,底层水体温度比较稳定,仅随季节更替稍有变化;(3)水库取水口底板高程620 m时,下泄水温与天然水温比较,下降幅度小于0.5℃。     

平原型水库水体热分层的水质响应特征与水质改善成效

针对平原型水库热分层特征及其对水质的影响问题,采用CE-QUAL-W2模型建立了立面二维水温模型,模拟了2018年全年的水温变化特征,三个率定断面的绝对平均误差分别为0.53℃、0.35℃和0.14℃。基于模拟结果和监测数据,分析了水库热分层的季节性变化及水质响应特征。在轴流泵混合曝气技术的基础上提出了一种移动式扬水器用以增加水库底层DO浓度,基于监测数据初步分析了移动式扬水器对垂向水质的改善效果。结果表明:水库全年呈现单循环混合模式(5月-11月为分层期,12月-4月为混合期),夏季形成稳定的热分层结构,底层形成厚度约为8m的缺氧区(DO浓度低于2mg/L);厌氧环境下底层污染物(铁、锰、总氮、总磷、COD、氨氮等)的释放量远大于表层和中层,底层水质较差;移动式扬水器能够有效提高底层DO含量,弱化热分层结构(工作中心的DO浓度由0.2mg/L提高至0.8mg/L,温跃层厚度减少了4m)。     

垂向一维水温模型在东江水库中的应用研究

针对现有垂向一维水温模型研究中缺少对模型关键参数和边界条件敏感性的系统分析,以东江水库为例,开展了垂向一维模型在湖泊型水库水温模拟中的适用性研究。研究结果表明:东江水库库区斜温层变化主要受气象条件控制,年内下泄水温过程稳定,模型能够较好模拟出垂向水温结构演变及下泄水温过程特征,与实测结果吻合良好;表层水温计算对水气热通量参数较为敏感,垂向扩散系数是影响垂向水温结构模拟的关键参数;同时,不同精度系列的气象过程不改变水库的整体热量收支,对水温结构基本无影响。     

Modeling the oxygen regime of stratified reservoirs

Conclusions A mathematical model is proposed for the oxygen regime of a stratified reservoir. A model is based on representation of the reservoir on the whole or its layers individually as an ideal mixer. The thermal regime of a stratified reservoir is schematized by a two-layer model-epilimnion and hypolimnion, which provide the plane with a pronounced variation in water temperature (thermocline). In calculating the oxygen regime, the epilimnion and hypolimnion are considered individual reservoirs with their own water balance, which is linked, however, to the water balance of the reservoir on the whole. Characteristic features of the aeration and reaeration of the epilimnion and hypolimnion, and also the selectivity of water intake from the reservoir are considered here. Practical use of the model is illustrated in an example of the calculation of the oxygen regime of a hypothetical stratified reservoir, the characteristics of which are determined on the basis of field data derived from observations on the water bodies of the Zagorsk water-storage power plant. The proposed model can be used to predict the oxygen regime of stratified reservoirs and the ecological feasibility of nature-conserving measures directed toward improving the quality of their water and conserving fauna. Translated from Gidrotekhnicheskoe Stroitel'stvo, No. 10, pp. 27–32, October, 1998.     

Factors influencing thermal structure in a tributary bay of Three Gorges Reservoir

To better understand the factors influencing the thermal structure of tributaries in the Three Gorges Reservoir(TGR),a well validated three-dimensional hydrodynamic and water temperature model was proposed to simulate the water temperature distribution in the Xiangxi Bay, a representative tributary of TGR.The numerical results show that water temperature stratification seasonally occurred in the Xiangxi Bay, with stable vertical temperature profiles.It is found from the numerical experiments that three key factors are responsible for the formation of water temperature structure:(1) very often,the locations of thermocline are mainly determined by wind speeds, and the higher the wind speed is, the deeper the thermocline is located beneath the water surface,which could be expressed by a fitted exponential function,(2) the thermal structure is affected by static stability of water column, and the thermocline becomes closer to the water surface and its thickness increases with the increase of temperature, (3) due to the effect of the thermal density inflow, the water temperature of the hypolimnion tends to be uniform, however, even under the condition of larger inflow discharge,the influence of the inflow on the epilimnion and the thermocline is not significant.     

官厅水库夏季叶绿素a浓度短时分布特征

分析官厅水库夏季(8月份)叶绿素a浓度短时变化特征,对于水库水体富营养化研究具有重要意义。利用以分钟为步长的水温、水深及叶绿素a浓度实测数据及气象数据,对叶绿素a浓度垂向及昼夜变化特征进行了分析。结果表明:叶绿素a浓度最高值是表层浓度的1.5~2倍,其出现位置与温度跃层位置基本一致。叶绿素a浓度具有昼夜周期性变化特征。白昼,温度跃层以上叶绿素a浓度随水深增加逐渐增加,在温度跃层以下,随水深增加逐渐降低;夜间,温跃层以上叶绿素a浓度基本稳定不变,在温度跃层以下与白昼变化趋势相同。表层水体叶绿素a浓度夜间大于白天,且与光照及表层水温呈负相关。水库叶绿素a浓度短时分布特征主要与温度分层以及限制性营养盐磷的释放有关。     

密云水库热氧分布模型及多年热氧分布特征模拟

水温和溶解氧是描述水生态系统最重要的两个参数,对于全面把握水质情况具有重要意义。利用实测数据进行水质分析会受到观测条件与成本的限制,因而模型与实测数据相结合的方法逐渐得到广泛应用。本研究对湖泊水质模型MINLAKE进行改进,考虑出入流使之适用于水库,并利用密云水库2005年实测水质数据对模型参数进行率定。随后利用改进的模型对密云水库1998—2011年热氧分布进行模拟。结果显示,密云水库水体的热氧分布存在规律性的年内波动,随着水位的变化,表层水温年平均值变化不明显,深层水温波动幅度加剧,年均水温显著上升;表层年均溶解氧含量没有明显变化,深层溶解氧浓度波动减弱,年均溶解氧浓度上升。改进后的MINLAKE模型能弥补现场监测频率和测点布置密度等方面的限制,给出密云水库较为合理的垂向热氧分布,基本反映出实际的热氧分布情况。     

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。     

汾河二库坝前垂向表层水温变化规律研究

为探究水库垂向表层水温在年、季、日内的变化特征,给库区水体理化性质分析及养殖业发展提供重要参考,以汾河二库为研究对象,于2016年9月至2017年8月在汾河二库使用10 m长的柔性温度链进行自动化表层水温原型监测,分析了表层水温变化特性。结果表明:汾河二库垂向表层水温分布呈现出明显的季节性变化规律,符合分层型水库表温层特征;秋冬季表层水体水温均匀分布,春夏季水面下1~2 m层存在水温突然升高的现象;通过建立回归模型得知,气温与库面水温之间存在良好的线性相关关系;全年整体库面水温最大值出现时间与气温最大值出现时间一致;不同季节气温对表层水温的影响深度不同,气温升高,水温日变幅值越大,影响深度越大。