不同水库干支流水体交换差异及成因分析

基于2018年3月19日小黑江库湾及糯扎渡水库干流水流、水温、浊度、电导率等监测数据,分析了糯扎渡水库小黑江库湾水动力特征及其成因,并与三峡水库香溪河库湾水动力特性进行对比分析.结果表明:糯扎渡水库干流水体从库湾表层和底层同时倒灌进入库湾,小黑江上游来流从库湾中层流向库湾下游;干支流水温差异决定了小黑江库湾分层异重流的形成过程.上游来流与库湾的水温差异是导致小黑江库湾上游来流和香溪河库湾上游来流以不同形式流出库湾的主要原因;干流水体水温分层结构的差异是导致糯扎渡水库干支流和三峡水库干支流水体倒灌形式不同的主要原因.     

三峡水库支流库湾水体富营养化及水华机理研究进展

水体富营养化及水华问题已成为三峡水库蓄水以来最主要的水环境问题,弄清水华生消机理并提出有效防控措施已成为三峡水库运行管理的重要工作.结合国内外相关研究现状,分析了大坝建设诱导水华的主要机制,总结了三峡水库水华生消研究成果,阐述了藻类水华生消机理及影响因素.结果表明,三峡水库蓄水后支流库湾最大变化是产生了分层异重流,由分层异重流导致的水体分层是藻类水华暴发的主要诱因,"临界层理论"能够很好解释三峡水库支流库湾水华生消过程.鉴于三峡水库目前仍处于发育阶段,建议后期深入开展支流水华预测预报及其水库生态调度防控工作.     

水温分层对水体中悬浮颗粒物垂向输运影响的研究

针对三峡水库蓄水后香溪河库湾水温分布特性进行了数值研究。研究表明,香溪河库湾属于季节性水温分层型水体,在分层期会伴有温跃层的出现,在此基础上讨论水温分层对水体中悬浮颗粒物垂向输运的影响。通过推求沉速与水温分布的相关关系,发现水流在紊动条件极其微弱的情况下,水温分层可同时引起悬浮颗粒物的沉降速率呈现梯度分布状态,因此,易造成悬浮颗粒物在温变层的富集,最终将导致物质浓度在垂向上出现分层现象。     

香溪河库湾水温分布特性及其对悬浮颗粒物垂向输运的影响

针对三峡水库蓄水后香溪河库湾水温分布特性进行了数值研究。研究表明,香溪河库湾属于季节性水温分层型水体,在分层期会伴有温跃层的出现,在此基础上讨论水温分层对水体中悬浮颗粒物垂向输运的影响。通过推求沉速与水温分布的相关关系,发现水流在紊动条件极其微弱的情况下,水温分层可同时引起悬浮颗粒物的沉降速率呈现梯度分布状态,因此,易造成悬浮颗粒物在温变层的富集,最终将导致物质浓度在垂向上出现分层现象。     

三峡水库香溪河库湾潮成内波数值模拟

针对三峡水库香溪河库湾水温分层所产生的水生态环境问题,建立了考虑水体表面风应力及热交换的水动力与水温相互耦合3维数学模型,根据实测定解条件,数值模拟证明了香溪河库湾水体具有季节性水温分层特征,水库调峰运行将使河口水体产生"潮汐式"往复运动,并在库湾引发潮成内波;数值模拟给出了潮成内波作用下库湾水温和流速垂向分布随时间的演化,成功捕捉到不同水深处水温波动以及水体上下层运动方向相反的交替流现象。研究成果表明内波对于水体水动力及水温分布具有显著影响,激发和利用内波,可望起到抑制水温层化、改善水体水生态环境的作用。     

三峡水库香溪河库湾水华高发期浮游植物群落结构分布特征

为研究香溪河库湾水华高发期浮游植物群落结构的分布特征及其影响因素,2010—2011年3—8月在库湾沿程布点、采样,对浮游植物群落结构及其演替规律、环境因子时空动态过程进行了详细监测。结果表明:香溪河库湾水华高发期最常见的藻种为小球藻(Chlorella)、小环藻(Cyclotella)、隐藻(Cryptomonas)、衣藻(Chamydomonas)、直链藻(Melosira)、栅藻(Scenedesmus);早春浮游植物细胞密度最小,夏季浮游植物细胞密度最大;库湾浮游植物随时间变化呈硅藻—绿藻—蓝藻的演替趋势,硅藻和绿藻是库湾中相对比例较大的浮游植物门类;物种多样性指数及均匀度指数在时间上差异明显,空间上差异不显著;水温、Zeu/Zmix及RWCS是影响香溪河库湾水华高发期浮游植物群落结构的主要因素,ρ(D-Si)对硅藻的生长有重要影响。     

营养盐对藻类生长影响的原位实验研究

淡水水体中水华的暴发对水环境造成严重危害,营养盐对形成水华起着重要的作用。为探究水华暴发期营养盐对藻类生长的影响程度,以三峡水库的支流澎溪河原生藻类群落为实验对象,利用自主设计的原位装置开展原位受控实验。在装置内进行了磷、高氮和低氮3种实验,装置内的其他生境条件与周围的环境保持一致。研究发现：在磷实验和低氮实验过程中,叶绿素呈下降趋势,而在高氮实验中叶绿素呈上升趋势。为明确不同实验条件下叶绿素变化趋势不一致的原因,通过化学计量学、相关性分析及非线性拟合等方法,对形成不同叶绿素趋势的原因进行了分析研究,结果表明：水华暴发期澎溪河藻类生长的最适N：P为32.52,且澎溪河藻类生长的最适总磷和总氮浓度分别为0.12、2.44 mg/L;营养盐和水温是原位条件下藻类生长的主要影响因素,营养盐浓度过高（总氮浓度高于2.44 mg/L）、营养盐浓度过低（低于化学计量学上藻类所需要最低营养盐浓度）、水温过低（低于20℃）均会抑制藻类的生长,且与营养盐浓度过高相比,水温过低/营养盐浓度过低对藻类生长抑制作用较强;水华的暴发需要同时满足营养盐条件（营养盐浓度需大于藻类在化学计量学上所需要的最低浓度）和温度条件（水温高于20℃）。     

三峡水库春季水华期生态调度空间分析

三峡水库蓄水后,支流库湾水华频繁暴发.通过水库调度,改变支流库湾水动力条件,防控水华被认为是一种近期行之有效的方法.基于长江宜昌站长时间序列径流数据,考虑三峡水库运行要求,兼顾防洪、发电及航运等效益,根据水量平衡原理,利用三峡水库的水位库容曲线,计算了春季水华高发期3-5月份三峡水库的调度空间.结果表明,3月份理论上最大日降幅可达2.87m,最大日升幅仅有0.14m;4月份最大日降幅为3.17m,最大日升幅为0.47m;5月份最大日降幅为3.76m,最大日升幅为1.3m.5月份调度空间最大,3月份最小,4月份次之,此结果可为进一步探索实施生态调度方案提供依据.     

河道型水库支流库湾富营养化数值模拟研究

从理论上分析了三峡水库水体富营养化产生的机理,以香溪河支流为例,开发了一维长河道水体水动力及富营养化模型,采用该模型研究了水动力条件对藻类初级生长率的影响,模拟并预测了2005年春季香溪河沿程TP、TN、chl-a等理化因子在时间及空间域中的分布与演化规律,结果与实测值吻合良好,TP、TN的吻合程度优于chl-a。模拟成果表明在该计算时段内,库湾chl-a浓度值有较大幅度的升高趋势,表明该时段藻华爆发的可能性较大,数值模型可以较准确地捕捉到这一信息。所开发模型还可以用于类似的河道型水库水体富营养化状况的模拟预测中。     

锦屏Ⅰ级水电站主-支库耦合的水温及水动力特性研究

支流流量较大时,干支库水体交换复杂,互耦作用明显,为探究主-支库耦合的水库水温分层特性和汇口处水动力特征,作者采用立面2维水温数学模型对锦屏Ⅰ级主库及支库水温进行了反演。结果表明模型对锦屏Ⅰ级水库主-支库耦合的库区垂向水温结构以及下泄水温过程模拟效果良好。采用水体稳定系数分析主库及支库的分层时空变化特性,锦屏Ⅰ级主、支库库区水温总体呈稳定分层状态,主库变动回水区在6-9月垂向混合均匀,在10月一翌年2月水体分层强度均大于库区断面,库区呈现6-8月分层强度大于9月一翌年5月的规律;支库水温结构类似,但分层强度总体大于主库,纵向尺度上呈现库尾到汇口分层逐渐减弱的规律。由于小金河支流流量较大,锦屏Ⅰ级主库对支库的倒灌呈现明显季节性变化,倒灌主要发生在Fr数较小的6-7月,其分层异向流动明显,主支库水体交换显著;汛期随着支流流量增大,Fr数增大,支流由库区中上层流出,受主库倒灌影响较小;枯水期,分层异向流动弱,主库与支库之间水体交换较小;水位消落期则没有明显的倒灌。     

基于SWAT模型的三峡库区流域污染物来源分析及重点控制区域识别

随着非点源污染逐步成为三峡库区流域污染的重要控制对象,将SWAT模型应用于三峡库区流域非点源模拟研究,以识别库区非点源污染来源关键区域.模型建立后采用2002—2008年水文、水质实测数据进行率定与验证,径流、泥沙、营养盐的评价指标ENS均达到令人满意的效果,表明SWAT模型应用于三峡库区流域是可行的.通过对三峡水库污染物的来源分析可知:三峡库区上游汇入为库区污染物的主要来源,贡献率平均为71.74%,库区流域非点源污染贡献率最高为33.03%,而库区点源污染贡献率较小,最高仅为4.17%.对库区单位面积污染负荷的模拟研究表明:三峡库区流域非点源污染物产生的关键区域主要集中在库区腹部,即小江、大宁河、汤溪河等支流流域.     

环境流体密度分层对浊流的流动和沉积的影响

基于雷诺平均的数学模型模拟研究环境流体密度分层与否条件下,2种入流机制的含多粒径颗粒物浊流由斜坡流至水平地形上的流动和沉积。结果表明:突然释放型浊流不论环境流体有无密度分层均在斜坡及水平地形前段形成沉积物波,而环境流体无密度分层的连续入流型浊流未出现波状沉积;自近源地区至远源地区沉积物粒径逐渐减小,但突然释放型浊流在波状沉积位置有大粒径沉积物,连续入流浊流沉积呈现更均匀的由上游至下游的自然粒径分选。     

柘林水库污染物来源及水体分层对水质的影响

为探究水源水库污染物来源及水质变化规律,以九江市水源地柘林水库为研究对象,于2013年4月—2014年4月逐月对柘林水库进行水质监测.现场测定水温、溶解氧等指标,分层取样测定水体CODMn、TOC、TN、TP、Fe、Mn等水质指标.结果表明,柘林水库主要污染物来源为上游来水,其对CODMn、TN、TP贡献率分别达88.3%、76.2%和67.6%.在水体稳定分层期,底部水体CODMn、TOC、TN、TP、Fe、Mn质量浓度分别升高至3.8、2.4、1.12、0.14、0.42和0.34 mg/L;藻类计数及藻种鉴定结果表明,此时期主库区最大藻密度达2.25×106L-1,以绿藻为主.水体混合后出现Mn质量浓度超标问题,达0.16 mg/L.     

三峡水库蓄水后关洲河段河势调整对松滋口分流影响

关洲河段属典型的主流年内交替型分汊河道,地处三峡大坝下游,受三峡水库蓄水运用带来的水沙变异影响,河道冲淤响应较早,但因河床组成差异呈现出不同于沙质河床的河势调整规律。松滋口作为分泄长江水沙进入洞庭湖的重要通道,其分流特性变化与上游关洲河段河势调整密切相关,但三峡水库蓄水运用后两者的影响关系研究相对不足。本文基于近10年来的河道实测资料和水文观测数据,分析了三峡水库蓄水运用以来关洲河段的河道演变特点;从关洲河段河道冲淤、左汊发展和左汊主汊的维持时间等三个方面研究了上游河势调整对松滋口分流的影响。研究成果表明：三峡水库蓄水运用以来(2002.10~2013.11),关洲河段河道枯水河槽冲刷幅度较大,冲刷量占总冲刷量的90%,且冲刷主要集中于左侧低滩及左汊,致使左汊中下段深泓高程低于右汊,枯水期同流量下左汊分流比呈现增加的趋势;当上游来流小于20000m₃/s时,同流量下松滋口分流能力下降,但这一影响随着关洲河段河道冲刷的趋于平衡而逐渐削弱;关洲左汊的发展有利于增加较大流量时松滋口的分流比,且这一流量持续的时间越长,即左汊维持主汊地位的时间越长,松滋口年分流比越大。此外,左汊的过度发展可能会引起关洲河段主流不再年内交替,而是将长期稳定在左汊河道,建议有关部门加强对关洲河段左汊河道的监测。     

黄河公伯峡水电站大坝进水口坝段位移性态分析

公伯峡水电站进水口坝段基础（1961．00m高程）上下游相对垂直位移偏大,并有趋势性;坝段整体持续向下游位移,且有趋势性增长。这些问题是否会影响到进水口坝段的安全运行,是工程十分关注的问题,也是水电站大坝安全运行重点关注的问题。为了准确的掌握进水口坝段的运行状态,在对监测系统进行评估的基础上,经过对公伯峡水电站进水口坝段变形观测资料以及对公伯峡地区气候、气象资料的分析,初步得出结论：水库蓄水的前3年,是进水口坝段基础（1961．00m高程）上下游相对垂直位移和顺流向水平位移趋势性增大较快的时段;也是进水口坝段垂直位移和水平位移年变化量值较大的时段。2006年以后上述位移的年变化量逐年递减,但是此位移的趋势性依然存在。     

深溪沟与白沙河交汇区水流运动3维数值模拟

河流交汇区干支来流的混掺作用,致使该区域水流结构呈现显著的三维特征。基于都江堰深溪沟与白沙河交汇河段的物理模型资料,利用三维数值模拟技术,探讨了深溪沟与白沙河交汇区的水流结构特性。结果表明：干流汇口处断面的水面线在入汇右侧出现突变,下游附近水面线呈现左岸高于右岸的趋势;支流流量越大,交汇区下游断面的流速就越大,水位就越低;无论支流是否来流,在交汇区入汇下游右岸附近都会形成不同范围的水流分离区,各流量组合条件的分离区顶端形状变化明显,且分离区的几何尺寸参数随水位高程的降低而减小。     

Theoretical Study on the Confluence of Debris Flow and the Main River

Because of the high momentum of debris flow,when it confluences with the Main River,the water level in the upstream of the conjunction point will increase and a portion of sediment will deposit in the con- junction area.The discharge of downstream will be less then the summation discharge of main river and side channel,and the density of downstream will be difference from both the density of the fluid of main river and tributary.Based on momentum theory,and with the transport coefficient and deposit coefficient,the water ris- ing and sediment depositition characteristic within the conjunction area are studied.An equation that expressed by Froude number is deduced,which can reflect the hydraulic relation and confluence characteristic in the confluence area after the confluence of main river and side channel.The equation is verified with experiment data.The result shows that,if the parameters are used correctly,the calculation value is coincide with the one get from experiment.     

上下游初始水深比对溃坝水流传播的影响

溃坝水流的传播很大程度上受着上下游初始水深比的影响,过去对溃坝洪水的试验研究很少涉及到上下游初始水深比大于0.5时的情形,大部分研究的系列性不足且较少关注洪水波在上游库区中的运动。作者在一个大尺度水槽（长18 m、宽1 m、高1.09 m）中,通过波高仪的测量手段对上下游初始水深比0～0.9范围内的大坝瞬溃洪水进行了大量实验,获取了许多新发现。研究结果表明：当下游无水时,溃坝水流波前区域的水深会出现明显的雍高,波前运动速度也明显低于Ritter解;当上下游初始水深比大于等于0.3时,溃坝水流演进一段时间后,在靠近闸门处会出现以波浪形式向库区演进的额外负波,该负波不同于以往研究中定义的与上游静水区衔接的负波;当上下游初始水深比大于等于0.5时,溃坝水流运动的稳态区会出现明显的波动,水流以波浪形式向下游演进,其中第1个出现的波浪波峰高度最高且在演进的过程中基本维持高度不变,但产生的这些波浪数量有限,波浪演进过后的断面水深会逐渐恢复稳定,且稳定后的水深与Stoker解符合较好。在试验观测到的范围内,同一水深比时,与上游静水区衔接的负波波速在演进的过程中不断降低至稳定值,而第1个出现的额外负波波速不断增加;下游波前的演进速度基本维持不变,而下游第1个出现的波浪波速会增加;另外,随着水深比的增加,第1个出现的额外负波波速变大,而下游第1个出现的波浪波速变小。从两组不同上游水深在同一水深比时各水力要素的对比情况中发现瞬时溃坝水流的运动在湿底情况下依然具有很好的相似性。     

雅鲁藏布江干流中游河段水温特性分析

水温是水环境中重要的影响因子,青藏高原由于独特而复杂的高原气候及水文地形特征,会对河道的水温情势产生重要影响。本文以雅鲁藏布江干流多年长系列气象、水文及水温资料为基础,利用多元线性回归模型对水温影响因子进行了识别,并采用统计学方法对水温时空分布特性进行了分析。研究结果表明：对于上游拉孜和奴各沙站点,影响这两个区段水温的主要因素为气象,且气温影响起主导作用;而对于下游羊村和奴下站点,影响这两个区段水温的主要因素为上一站水温,即上游水温对这两个站的水温影响较大;年际水温表现出微弱增温趋势,且增温率从上游到下游在增大;随着海拔降低气温升高,水温也在逐渐升高,但由于融雪径流补给使得奴下站水温升温偏缓、最高水温偏低。