防控支流库湾水华的三峡水库潮汐式生态调度可行性研究

三峡水库支流水华问题已成为影响库区生态和民生的重要问题,迫切需要采取有效防控措施。因三峡水库上游流域面积大,流域污染防治工作只能作为长期目标,生态调度可能是目前见效较快,最易接受的水华防控方法。通过总结防控支流库湾水华的生态调度研究进展,重点阐明了潮汐式生态调度对支流库湾水华的防控机理及效果。研究表明,水体分层是支流库湾水华发生的主要诱因;在支流库湾分层异重流背景下,潮汐式生态调度能够通过打破支流库湾水体分层,减小支流库湾水体滞留时间等方式抑制藻类水华;三峡水库调度试验表明,潮汐式生态调度不仅可有效缓解支流水华暴发强度,还能在常规调度的基础上增大三峡水库的综合效益,具有可行性,可作为三峡水库调度的定性指导方法。     

三峡水库香溪河库湾特殊水温分层对水华的影响

三峡水库蓄水后,香溪河库湾暴发了多次藻类水华.通过分析香溪河库湾2008年全年水温分层及水华暴发的空间特性,研究了水体分层特性与水华空间分布的关系.结果表明:三峡水库库首江段在3至4月份出现了水温弱分层现象,垂向温差在1～2℃,基本不暴发藻类水华;香溪河库湾中下游水体因受长江倒灌异重流的影响,呈"阶梯"型分层模式,上游水体因受低温来流底部异重流影响,呈"半U"型分层模式;香溪河库湾水体主要进行"水平"而非"垂直"能量交换,呈现下游深水区水温分层较弱、上游浅水区分层反而较强的特殊空间分布特点;受库湾水温分层结构的影响,香溪河库湾下游近河口段水域水华暴发强度低,上游水域水华暴发强度高;水华暴发率和水体稳定率能够分别反映香溪河库湾水华暴发程度和水体稳定程度特性,二者相关性显著.结合临界层理论能够很好地解释三峡水库干支流水华暴发过程.     

梯级水库对澜沧江干流水温沿程变化的影响

21世纪以来,澜沧江流域开始兴建水电站,对整个澜沧江的生态环境将产生巨大影响。基于对澜沧江干流云南段进行3次沿程水温观测及水文历史数据,分析了澜沧江水温的沿程变化。采用插值法、数据均一化、显著性差异分析等方法分析了梯级水库对于澜沧江干流水温沿程变化的影响。通过分析发现:①建库前后澜沧江干流的全河段水温与纬度、高程呈明显的线性负相关关系;②从流域层面上来讲,澜沧江梯级水库的建设对澜沧江水温整体沿程变化无显著性影响。研究成果有助于从整个流域层面上认识水温沿程变化,从而对梯级水库建设下的水库群联合调度提供参考。     

三峡水库支流水华机理及其调控技术研究进展

三峡水库自2003年蓄水以来,水库干支流水环境状况及支流水华问题已成为广泛关注的问题,国内外不少科研单位及学者对此进行了大量的研究。本文在介绍三峡水库蓄水以来水库水质状态及支流水华情势的基础上,系统总结了关于三峡水库干支流水动力特征及其环境效应、水华机理及其调控措施的研究发现,并提出了有待进一步研究的内容。主要研究发现包括:(1)三峡水库蓄水后支流库湾普遍存在分层异重流现象,产生的原因是干支流温度差及泥沙浓度差引起的水体密度差,其中水体温度差是主要因素;(2)在分层异重流的驱动下,支流库湾水体呈现"双混斜"及"半U"型特殊水体分层模式,支流库湾营养盐也主要来自于水库干流倒灌;(3)流速变缓只是支流暴发水华的表观原因,分层异重流驱动下的混合层(Zm)与临界层(ZCr)的关系变化才是决定水华生消的关键;(4)水库水位升降可通过影响分层异重流的形态、改变支流水体分层状态进而调控支流水华的生消过程,基于此提出了防控支流水华的"潮汐式"生态调度方法。如何将上述新发现上升为具有三峡水库特色的系统理论与方法,实现支流水华的精准预测预报,开展能够协调水库传统效益和防控支流水华等生态效益的三峡及上游梯级水库群联合多目标优化调度实践,应是今后进一步努力的方向。     

三峡水库支流库湾水流输移水华藻团能力研究

为研究水流对水华藻团的输移能力,将水华藻团概化为水体中的物质粒子,忽略其生物抗力,应用流体力学相关理论推导了水流对水华藻团的粘性阻力,并借鉴粒子在水流中的跟随性分析了不同优势种的水华藻团随水流被输移的效果。研究表明,不同的藻种由于颗粒大小不同而略有差异,但总体上跟随性很好,水流均能对其产生显著的推流输移作用。结合三峡水库香溪河库湾秋季水华过程及对应的水动力特性,以2007、2010年为例,证明汛末蓄水期间干流中层倒灌异重流引起库湾表层持续流向河口的水流趋势是秋季水华消退的直接原因之一。     

整流幕在防控水库水华中的应用研究综述

通过分析整理国内外相关研究资料,阐述整流幕的研究进展及其在国内水库的应用前景。结合水温分层、异重流等理论知识,分析应用整流幕的水动力背景,进而深入探究整流幕的控藻机理;整流幕应用水动力学原理,使能量交换、水团混合、水体分层等过程发生变化,进而改变影响藻类生长及演替的主要生境要素,如光照、水温和营养盐等,从而防控水华。应用整流幕前,通常将库区划分为上游、中游及下游3段。基于库区内不同河段的水流特性,并结合对整流幕类型及适用条件的分析,可以有针对性地开展整流幕方案以达到更好的效果。研究结果可为水库水生态环境保护提供参考。     

香溪河库湾春季影响叶绿素a的环境因子

2007年2月22日至5月29日,在三峡水库香溪河库湾内每天进行定点水质采样,监测叶绿素a浓度及相关因子随时问和水深的变化情况,对监测数据进行偏相关分析和多个相关样本检验,研究相关因子对叶绿素a浓度的影响情况.研究结果表明:在整个春季水华期间,水体中的优势藻种不断改变,叶绿素a浓度沿水深分布出现明显的分层现象,从表层至水底逐渐降低.水体中的浮游植物主要在表层至8 m水深之间活动,在1～3m水深之间密度达到最大.相关因子对表层叶绿素a浓度随时间变化的影响程度从大到小是:气温、水温、光照、湿度、透明度、浊度、降雨量;水体中相关因子对叶绿素a浓度沿水深分布的影响程度从大到小是:水下光强、水温、浊度.     

底部倒灌异重流运动特性试验研究

以三峡水库支流库湾广泛存在的倒灌异重流为背景,构建室内物理模型,以入流量、初始水位、温度差3个主要影响因子,设计系列工况对底部倒灌异重流运行特性进行模拟试验研究,分析异重流头部移动速度、交界面高度、头部厚度等主要水力学要素的变化过程及受入流量、初始水位、温度差的影响规律.研究表明底部倒灌异重流头部移动速度沿程呈线性递减,头部交界面沿程呈线性升高,头部厚度沿程呈线性递减.异重流运动稳定后,同一断面处,异重流头部速度随入流量、初始水位及温差的增加而增大,交界面高度随入流量及初始水位的增大而升高;异重流头部厚度受初始水位变化影响最敏感,随初始水位升高而增加.     

开放水体脱氮过程及其影响因素研究进展

中国已建各类水库近10万座,水库建设改变了原河流水动力条件,影响了水体物质场、能量场、化学场和生物场,究竟是"削减了水体净化功能"还是"强化了水体去污能力"目前尚不明确。本文系统总结了开放水体脱氮过程研究进展,主要包括:(1)厌氧反硝化(Denitrification)、厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation)、好氧反硝化(Aerobic denitrification)和厌氧甲烷氧化(Anaerobic methane oxidation)等是目前开放水体脱氮的4个典型过程;(2)潜流带、沉积物、溶解氧极小层及悬浮颗粒等是开放水体脱氮的主要发生区域;(3)溶解氧、碳氮比、硝酸盐浓度、温度、pH值是影响开放水体脱氮效率的直接因素。建议通过开展"出入库氮形态持续观测及氮负荷平衡计算"、"水库不同载体脱氮机制原位研究方法构建"、"水库脱氮机制及氮移出通量研究"和"自然河流与水库脱氮效率对比研究"等方面的研究来回答"水库强化水体脱氮能力"这一科学假设,以期为发掘水库的脱氮除污功能、深入认识水库的生态环境影响提供一个新的研究思路。     

因子分析法在香溪河水华研究中的应用

采用2008年夏季香溪河暴发蓝藻水华期间的水质监测数据,运用因子分析法对水华研究过程中的几项常用指标进行分析,从中提取了影响香溪河蓝藻水华的3个主因子。结果表明：总氮、NO3-N、硅酸盐、Chl-a、pH值、电导率和溶解氧对F1主因子的贡献明显;对F2主因子做主要贡献的是总磷、PO4-P、水温;以NH3-N为代表的有机污染物对F3主因子贡献明显,得出作为营养物质的磷和作为环境条件的水温是香溪河蓝藻水华的主要影响因素。