基于Delft3D的三峡水库不同工况下香溪河水动力水质模拟

三峡大坝高水位运行对库区支流水环境的影响一直是备受关注的问题。以三峡库区支流香溪河上游河段为例,基于Delft3D模型,进行水动力水质模拟研究。首先,采用模型中的Flow模块对研究水域构建了水动力模型,对研究河段2013年汛期和蓄水期的水动力时空特征进行模拟;然后利用Waq模块构建了水质模型,模拟了NH+4在大量排放之后的流动分布规律。模拟结果表明:香溪河在汛期呈现"河相",流速较大;在蓄水期香溪河的"湖相"化趋势明显,流速低,形成涡旋;在蓄水期,由于三峡库区水位抬升,造成香溪河流速缓慢,其水动力特征对污染物分布中起了决定性的作用,使污染物表现出明显的回水污染特征,威胁香溪河水质安全。研究结果可为三峡库区支流的区域化管理提供决策参考。     

三峡水库香溪河库湾水华水动力调控初步研究

针对三峡水库蓄水运行后支流库湾春季水华频现问题,利用CE-QUAL-W2模型建立了香溪河-三峡库区整体立面二维水动力数学模型,对三峡水电站不同开机数量和春季不同水文条件下的香溪河库湾流速进行了数值模拟。计算结果表明:香溪河上游来流量较小时,滞留区表层流速小于香溪河库湾水华的临界流速0.05 m/s;而香溪河上游来流量增大到合适的值时,香溪河滞留区表层流速可大于0.05 m/s;仅利用三峡电站小幅度日调节对支流库湾流速的改善效果十分有限,而利用干支流水库对香溪河库湾流速的联合调控效果明显,可控制三峡水库香溪河库湾水华爆发。     

三峡蓄水过程对香溪河水文特性的影响

三峡蓄水后,库区支流水文条件发生了巨大变化,导致库区支流多次发生水华现象,为研究三峡蓄水后库区支流水文特性的变化,以香溪河为例,建立了香溪河及其长江段的水文模型,重点分析了三峡坝前水位及其变化与长江来流对香溪河水文特性的影响,结果表明:根据坝前水位的不同可以将香溪河分为河道区,过渡区以及回水影响区,回水影响区的流速较小,一般在0.01m/s左右;长江来流仅影响香溪河河口处的小部分区域,主要集中在距香溪河河口处约0.15km处,流速因受到长江来流的影响而有所偏转,流速增大。香溪河由原来的天然河道性质逐步转变为水库湖泊性质。     

三峡库区支流中水体的垂向掺混对于藻类生长的影响

三峡水库蓄水之后库区支流水华问题给当地生态环境造成了较大影响,也引起了广泛的关注和重视,然而针对这一问题尚未取得很好的解释和解决方案。本文采用EFDC模型对于2008年坝前库区干支流的三维水动力和水质进行了数值模拟,并从水体垂向掺混的角度分析支流的水华现象。模拟结果成功再现了香溪河库湾中的温度分层和异重流现象,流场、温度场的计算值和实测值吻合较好。统计结果表明:长江干支流水动力特性的差异显著,干支流垂向紊动黏性系数、垂向紊动扩散系数沿垂线分布呈现出不同的形态,且长江干流的垂向掺混强度明显高于香溪河。同时,叶绿素浓度与垂向紊动扩散系数呈显著的负相关关系,随着水体垂向紊动扩散系数的增加,叶绿素浓度逐渐降低,这一规律的发现可为采用物理方法防治三峡库区支流水华打下基础。     

三峡库区水华暴发演变的非线性行为效应研究

三峡库区水华暴发及演变过程是否存在非线性行为,是目前国内外诸多学者关注的焦点。采用混沌非线性技术,对三峡库区支流水华暴发的污染演变效应进行了分析,发现在水域、水文、时间、藻类组成、浮游生物指标等因素存在着大量的变化不明显、关系模糊、突变、约束、开放、自组织的混沌非线性行为效应,演变过程轨迹符合非线性行为效应特征。建立了定量描述三峡水华暴发演变的非线性动力学模型,经三峡库区香溪河2次水华暴发现场监测数据的验证,误差为4%~9%。研究成果为认识水华暴发提供了新的思路和计算途径。     

三峡水库调峰运行下的香溪河水动力二维数值模拟

为研究三峡水库调峰运行方式对库区支流香溪河水动力特性的影响,建立了非恒定流二维水动力模型.利用该模型计算了三峡水库在双峰调节运行方式下,香溪河的水位、流速、流量变化过程,分析了三峡水库调峰运行时导致的波动性对香溪河流场的影响程度.结果表明:水库调峰运行可以显著增强库区和支流的水位波动,促进水体交换.     

水库甲藻水华与防治效果数值模拟

基于水库甲藻水华的基本特征,选定涡鞭毛藻类的多甲藻为研究对象,建立了一个模拟水库甲藻水华的水流-水质-生态耦合数学模型.采用1996年和1997年两个不同类型的甲藻水华的实测资料对模型进行了验证计算,验证结果表明模型的再现性良好.此外,采用经过验证的模型对水华防治方案(即各种整流膜设置方案)进行了甲藻水华治理效果的模拟预测与评价.     

粒子轨迹跟踪模型在香溪河 试验中的应用

应用三维动力学模型ELcirc及粒子轨迹跟踪模型模拟2007年9～10月三峡库区支流香溪河的水流及水藻颗粒的输移。结果表明：长江干流水体倒灌入香溪库湾产生的回流使藻类颗粒向上游运动造成了水华爆发。此三维粒子轨迹跟踪模型可以较好地模拟水华过程，所得结论可供相关研究人员参考。     

三峡水库香溪河库湾水环境容量研究

三峡水库蓄水后,水库回水区的水文情势发生了显著变化,香溪河库湾受回水顶托,营养物质大量富集,致使该库湾的许多污染指标超标,直接威胁流域生态、经济的可持续发展.欲有效地改善香溪河库湾水环境质量,必须研究库湾的水环境容量,并以此作为污染防治的依据,对主要污染物实行总量控制.通过对香溪河库湾水质野外监测和数据分析,表明主要污染物为PO4、NH4.应用WASP水质模型,对三峡水库香溪河库湾进行水质模拟.根据水质模拟结果,采用解析法、功能区段首控制法定量计算出了香溪河库湾各功能控制区段的水环境容量,各控制区污染物应削减量或可新增加量,并初步地提出了一些相应的污染治理措施.     

三峡水库春季调度对香溪河水动力场的影响

为了研究香溪河库湾水体富营养化的问题,采用数值模拟的方法分析了香溪河库湾春季水动力场的特点,并按照持续抬高和降低三峡水库水位两种工况研究了香溪河水动力场的变化。结果表明:①春季香溪河库湾水体存在着明显的分层异向流动,主要表现为表层水体由长江干流流向库湾,长江干流与库湾支流水体的交换作用明显;②水位持续下降或者持续上升的调度方式会对香溪河水动力场产生一定的影响,不仅使水体流向发生改变的位置有所变化,而且明显改变了库湾中上游水体流速,主要是表层水体流速;③水位持续下降会对水体分层流动产生抑制作用,而水位持续上升会促进水体的分层流动。