平原地区城市湖泊防洪与景观功能协调研究——以枝江市金湖为例

为了使城市湖泊尽可能滞蓄雨洪、发挥景观功能、打造良好的居民"亲水空间",以枝江市金湖为例,根据金湖主要泄洪渠道的实际情况,利用Mike 21模型模拟计算汛限水位值,按照景观水位确定大、小洪水工况下合理的水位。在此基础上,提出传统的静态景观水位与改进的动态景观水位两种方案。结果表明:以50年一遇、30年一遇为代表的大洪水工况下合理景观水位为40.7 m,以20年一遇、10年一遇为代表的小洪水工况合理景观水位为41.3 m;静态方案采用50年一遇洪水计算结果为标准执行,将40.7 m作为金湖固定的景观水位;动态方案水位可在41.3~40.7 m之间波动;金湖适宜采用动态景观水位运行方案,水位可在40.7~41.3 m之间波动;根据短期预报及历史监测资料分析后合理调度,将41.3 m作为金湖常水位,确定预测洪水大小后调整水位迎战洪水。据此,可在充分利用水资源的同时有效协调景观高水位需求与防洪之间的矛盾。     

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.     

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。     

中层温差反坡异重流运动特性试验研究

以三峡水库支流库湾长期普遍存在的中层倒灌异重流为背景,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,设计系列工况对中层反坡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。借助钱宁等有关异重流的头部速度理论公式,计算了各种工况下的中层异重流头部理论速度,对比实际头部速度的实测值与理论值,两者相差不大,相对误差均小于5%。     

汛期水位波动对香溪河库湾热分层特性及水质的影响

本文以三峡水库典型支流——香溪河为研究对象,研究汛期水位波动对热分层特性及其对水质的影响。于2019年6月5日—8月30日对香溪河中游进行定点气象、垂向水温及水质监测,并同步获取香溪河上游及干流水文数据。结果表明：香溪河热分层时期日循环特征显著,垂向水温差异明显,混合层深度在0 ~ 19.37 m之间变化,水位与混合层深度呈显著负相关关系（P = -0.468**）。底层水温增长缓慢,且受上游低温来流影响显著。垂向对流作用及异重流侵入改变水层掺混强度,水体不存在稳定的温跃层,溶解氧饱和度在69% ~ 175%之间,垂向溶解氧差异明显,且与垂向叶绿素a浓度显著相关,表明浮游植物是影响溶解氧垂向差异的原因;水位波动过程对混合层深度的影响关键取决于是否改变倒灌异重流潜入方式,中上层倒灌有利于表层水温分层加剧,进而有利于水华爆发;利用水位波动（水库调度）抑制支流水华取决于水位波动过程是否能改变库湾水环流模式并有效增大混合层深度。本研究为有效利用水位波动（水库调度）改善三峡水库支流水质提供了新的认识。     

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.     

水体pH值对蓝藻水华生消的影响

蓝藻是河湖水华中常见优势种群,其生命活动、物质代谢与水体pH值密切相关,针对该问题,利用物理模型研究pH值对蓝藻水华生消的影响.结果表明:水体pH值与水华生消密切相关,当营养物质及其他条件适宜时,pH值为8左右可促进水华发生;当pH值不利于藻类生长,藻类的自适应性使其可通过一系列生理生化反应调节水体pH值趋向适宜生长的偏碱性范围.在试验研究阶段,不同处理组水体总磷含量均急剧降低,且与叶绿素a之间存在较好的相关性;水温变化较小,水体溶解氧与叶绿素a含量变化趋势一致,电导率受调节pH值所用盐类的影响.     

三峡水库夏季不同支流倒灌特性及其影响分析

为研究三峡库区夏季不同支流库湾倒灌特性及其对水温分层和营养盐分布的作用特性,以及其对水华的影响,于2017年7月对三条不同支流库湾（香溪河、大宁河、小江）的流速、水温、营养盐和叶绿素a等进行了监测。结果表明：夏季三峡库区干流水体主要以中层倒灌潜入支流库湾,均主要为温差异重流,且倒灌潜入深度与厚度主要与支流库湾河口水温分布有关。受干流倒灌的补给作用,三条支流中下游营养盐普遍呈现出“中层>底层>表层”的垂向分布规律,由于上游有磷矿产业,香溪河TP分布情况较其他支流不同,呈现上游至下游逐渐减小的趋势。干、支流间不同的温度差使支流间倒灌异重流的强度存在差异,倒灌异重流将影响支流的水温分层结构,导致支流库湾存在不同水华优势藻种及强度,进而对支流水华产生不同的影响。