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。     

水库潮汐式调度对支流水动力影响研究——以三峡库区支流小江为例

三峡水库蓄水运行后,库区支流在春夏季时有水华暴发,对水质造成了一定影响。大量研究表明,通过水库调度改变库区支流水动力条件,抑制水华发生是可行的。采用Delft3D模型对三峡库区支流小江渠马-双江大桥段进行模拟研究,以探明潮汐式调度对库区支流水动力的影响,为抑制库区支流水华发生进行生态调度提供理论支撑。研究结果表明：三峡水库开展潮汐式调度对小江的水流具有扰动作用,整体趋势表现为水位抬升期回水区中、下游段流速值均有所减小,水位下降时流速值有所增加,基本与河口水位变化的步调保持一致;调度期水位变幅越大,流速的扰动越大;水位抬升期表现为流速减小幅度随调度水位变幅的增加而增加,水位下降期表现为流速增加幅度随调度水位变幅的增加而增加。     

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.     

城市人工湖动态换水水位对流速分布影响

水位和流速是人工湖维持生态的关键因子,为探究人工湖水位对流速分布的影响,基于二维水动力模型对雁鸣湖流场进行数值模拟,研究单因素水位对流速影响和实测换水水位对流速时空分布的影响。结果显示:水位是水动力影响因素之一,低水位时的湖泊流速大于高水位时期,水位变化时的平均流速介于高低水位流速之间,水位对环流影响较小。在实测换水期间,高水位时水位分布无明显差异,水深自上游至下游逐级递增;低水位时水位分布出现差异,河滩裸露,水深分布差异较大;水位变化时,湖泊上游至下游水位呈梯度变化,水深随水位变化;流速时空分布验证了单因素水位对流速的影响,并表明不同水位对流速大小及分布影响有所差异。雁鸣湖水位和流速的模拟结果表明,人工湖水位变化能改善湖泊水动力,可为人工湖水情管理提供科学参考。     

三峡库区水位变化下小江流域富营养化的时空变化特征

自三峡水库运行以来,小江流域水华污染现象越发严重,对三峡库区水位变化、小江流域水质指标总氮、总磷和浮游植物体内总磷含量进行监测、分析。实验表明:①水华现象在三峡库区水位较低(163 m)且持续下降时发生频繁,在库区水位较高(173 m)且持续上升时发生频率明显减少;②小江流域春季较易爆发水华现象;③三峡库区水位调节对小江流域中游水华现象的发生影响最大,上、下游次之。因此,三峡库区水位的变化与小江流域水华的发生规律有很高的相关性,研究在三峡水库水位变化的条件下水库主要支流水华现象的时空分布特征,为三峡库区支流水体的水华特征识别及防治提供基础。     

三峡水库蓄水后水文特性和污染因素分析

根据2003年10月和2004年4月的三峡库区调查,三峡水库二期蓄水后的流速、流量、水深都发生了变化,干流流速为0.13～0.24 m/s,远低于天然河道状态下2 m/s的平均流速;支流回水段流速普遍低于0.05 m/s,远低于天然状况下1～3 m/s的平均流速.总磷浓度为0.063～0.098 mg/L;总氮浓度为1.10～1.85 mg/L.从营养盐单因子考虑,国际上一般认为,当水体中总磷、总氮浓度分别达到0.02 mg/L和0.20 mg/L这一临界值时,水体就有可能出现富营养化现象.对三峡库区的研究结果表明:河流型水体为贫营养状态,过渡型水体为中营养状态,部分湖泊型水体为富营养状态,三峡水库存在着发生藻类异常繁殖的"水华"现象的可能.     

三峡水库水位调度对出库水质影响分析与水质预测

出于防洪、发电与航运需求,三峡水库在汛期维持145 m低水位运行,在非汛期抬升水位至175m维持高水位运行。水库运行期按水位变化分为:水位下降期(175～145 m)、低水位运行期(145 m)、水位上升期(145～175m)和高水位运行期(175 m)。基于2011-2018年三峡水库出库断面水质因子(DO、COD_(Mn)和NH_3—N)监测周报数据,采用综合水质标识指数Pi和自回归综合移动平均模型ARIMA模型评价预测水质,研究三峡水库水位调度对出库断面水质的影响,探究水质对水位变化的响应,并预测水质变化趋势。结果表明:三峡水库季节性水位调度对出库水质影响显著。水质因子(DO、COD_(Mn)、NH_3—N)浓度随水位运行期的改变而出现周期性变化,不同水位运行期水质因子浓度存在差异。高水位运行期DO浓度显著高于低水位运行期,COD_(Mn)和NH_3—N浓度小于低水位运行期;各运行期的综合水质标识指数Pi均符合综合水质指标Ⅰ级标准,其中高水位运行期水质最好,低水位运行期水质最差; ARIMA预测结果显示未来水质符合Ⅰ级标准。水库水文条件受季节性水位调度影响,水质与水位、流量和外源污染输入相关。评价结果有利于在高时间精度下掌握水质实情,进行水资源管理。     

东莞运河排涝对东莞水厂取水口水质影响模拟分析

采用EFDC模型建立东江东莞段二维水动力和氨氮输运模型,模型计算结果与实测数据及一维河网模型吻合,高、低水位与石龙站实测数据比较平均误差为0.13m和0.18m,与河网模型比较平均误差为0.03m和0.05 m,流速平均误差小于0.13 m/s,氨氮计算结果与实测值比较平均误差小于0.18 mg/L.模型计算分析了不同水文条件下运河排涝对东莞水厂取水口附近氨氮的影响,以及在取水口上游设置挡板对于排涝影响的改善.计算结果表明,未设置挡板时,中水位排涝流量大,取水口附近污染物浓度低,为4 mg/L;设置150 m挡板时,低水位排涝污染物受潮汐影响,氨氮浓度峰值下降至2.6～4.5 mg/L,设置挡板效果明显,中水位时设置挡板效果不明显.     

三峡库区梅溪河河口干支流界面水流特征

通过对三峡库区中部典型支流梅溪河库湾水动力参数及水体温度、浊度数据进行分析,研究水库运行各时期梅溪河河口干支流界面水流特性,探讨其影响因素以及水交换对库湾的影响。结果表明:梅溪河河口双向水流特征明显,在温差异重流、干流惯性作用以及库区水位变动等因素影响下,干支流界面水流强度、进出水体间界面结构及形态在不同运行期有显著差异;由于双向水流结构的存在,尽管梅溪河河口干支流界面净流量较小(多小于100 m~3/s),但是干支流水体的交换量相对显著,介于314.17~535.26 m~3/s之间,可达净流量的4~40倍;在净流量最小的低水位运行期,干流倒灌水体基本能到达支流库湾常年回水区的末端。     

三峡水库蓄水后上下游河段水沙特性变化及影响因素分析

泥沙淤积问题是三峡工程的关键技术问题之一,关系着长江水资源的开发利用、生态环境保护、经济发展。基于2002-2016年期间,三峡水库上、下游设置的11所重要控制性水文站水文泥沙监测资料,深入系统地探讨水文泥沙参量的变化特征,进一步分析水文泥沙参量的相关性和三峡水库的冲淤特性,探究了泥沙特性变化的原因。研究结果表明:三峡水库自施工期蓄水、初期蓄水、试验性蓄水的整个过程,对三峡水库上下游河道的水沙特性影响较大。越靠近三峡大坝的河段,受三峡水库的影响越大;三峡水库抬高水位,导致上游大部分河道流速变小,河道过水断面和水动力条件发生改变,导致入库泥沙越来越少,越来越细;三峡水库上游长江干流和支流上修建的梯级电站拦蓄了大量的泥沙,年输沙量、年均含沙量、中值粒径、年输沙模数都显著降低。年径流量和输沙量、年均含沙量、年输沙模数在2004-2013年间具有较好的相关性,曲线变化规律类似,2013年后受三峡水库蓄水的影响,出现弱相关;年径流量能表征泥沙参量的变化特性;年输沙量和年均含沙量在2002-2016年间皆具有较好的相关性。2007年前三峡水库淤积量呈增长趋势,其后三峡水库泥沙淤积量逐渐降低。在水库冲淤和泥沙特性方面,汛期三峡水库水位对其影响较大;枯水期的高水位对其影响并不大。研究成果将为长江流域梯级电站和航道的规划设计、三峡水库的运行管理提供理论支撑。     

三峡水库运行对鄱阳湖江湖水文情势的影响

三峡水库运行改变了长江中下游干流及通江湖泊的水文情势,基于实测水文资料,构建了反映长江中游复杂江湖关系的一、二维水动力数学模型,定量评估了三峡水库2009～2014年实际运行对长江与鄱阳湖江湖水文过程的影响程度。结果表明:三峡水库运行对湖口站5～10月水量交换过程影响相对较大,7～10月倒灌水量有所减少;三峡水库蓄水期长江中游干流流量减少,尤以10月最为显著,湖口站平均水位降低1.09 m,降低湖区水位效应可影响至康山;补水期长江中游干流1～3月流量增加明显,湖口站平均水位升高0.28～0.56 m,抬高湖区水位作用仅能影响到都昌附近;汛期湖口站5～6月最高水位最大抬高0.34 m,7～8月最高水位降低。研究成果可为鄱阳湖区综合治理与保护提供参考依据。     

三峡水库支流库湾低流速条件下测流方法探讨及应用

三峡蓄水成库后,库区部分支流受长江干流回水顶托,形成了支流库湾,水体流态由典型的河流形态变为类湖泊形态,受上游来流和水库调度等因素综合影响,库湾水动力条件变得极其复杂.在野外长期现场观测的基础上,针对支流库湾水体复杂的水动力条件,提出了一种独特的流速监测方法.运用该方法在香溪河库湾测流,获得了较好的测流结果,能较好地表...     

三峡水库运用对荆江河道及三口分流影响研究

三口河道是分流荆江水沙入洞庭湖的通道,自20世纪50年代,受自然条件改变及人类活动的影响,三口河道不断衰退。三峡水库运用后,拦截了大部分上游来沙,改变了长江中下游水文泥沙情势,三口河道进入新的调整周期。本文基于水文泥沙实测资料,分析三峡水库运用后荆江和三口河道冲淤及分流变化规律。研究结果表明,三峡水库蓄水以来,由于三口河道与荆江河道均发生冲刷,三口分流能力尚未发生明显改变,近年长江径流量减小及流量过程的改变是三口分流分沙量减少的主要原因。     

三峡库区支流库湾水体富营养化演变特征研究

支流库湾水体富营养化是三峡水库蓄水带来的主要水环境影响特征之一。根据对不同历史蓄水期间三峡库区各支流库湾的水质变化特征及富营养化状态分析表明:三峡水库从试验性蓄水阶段进入常态调度运行后,支流库湾的水动力条件被进一步削弱,入河污染物扩散能力大幅度降低,库湾水质逐渐变差,各支流库湾普遍表现为中、富营养级水平,年内整体表现为春季高于秋季。从三峡库区支流库湾水体富营养化演变特征来看,库湾水动力条件由河流态改变为湖库态是其发生水体富营养化的主驱动力因素,陆域营养盐输入是库湾水体富营养化演变的物质基础     

三峡水库一维水动力数值模拟及可视化研究

运用Preissmann四点隐式格式对一维圣维南方程组进行求解,建立长江三峡水库一维水动力数学模型,并从水位、流量、流速等方面分析库区水流运动规律。采用VB编程实现了图形界面与Fortran计算程序的数据交互,通过混合编程技术生成动态链接库将两者连接起来,成功实现了一维水动力数值模拟和动态显示的一体化,研究成果的应用对于三峡水库的运行调度具有参考与支持作用。     

三峡水库蓄水期长江中下游水文情势变化及对策

三峡工程于2009年8月通过正常蓄水(175m水位)验收,标志着三峡工程将进入正常运行阶段,全面发挥防洪、发电和航运等综合效益。三峡水库正常蓄水运行后,将改变长江中下游水文情势,水文情势的变化也将带来一定的次生影响。结合三峡水库2009年试验性蓄水情况,分析了三峡水库蓄水期长江中下游出现异常低水位的成因,初步揭示了三峡水库正常运行后长江中下游水文情势的变化规律,并对降低三峡蓄水对中下游的影响等相关对策问题进行了初步探讨。     

三峡大坝175 m蓄水运行后猪儿碛河段水动力条件变化分析

三峡大坝175 m成库运行后将对变动回水区的水流特性产生重大影响,对其展开分析将为该河段的航道整治、通航规划、水沙规律研究提供重要理论支持。在长江上游水文局实测资料基础上,选择变动回水区中段猪儿碛河段作为典型代表河段,采用数值模拟与原形观测数据理论分析相结合的方法,借助Aquaveo.SMS软件建立平面水流二维数学模型,将年内各时段与有无回水影响的各种工况进行组合,分析探讨了回水作用对流场、流速横向分布、水动力轴线等水动力条件的影响。分析成果可为该河段的河流研究与航道治理提供依据,建立的数值模拟方法可为同类河段的数模研究提供参考。