基于CE-QUAL-W2模型的三峡水库神农溪库湾水流水温特性分析

三峡水库蓄水以来,库区干、支流水文水动力变化显著。通过现场观测和构建三峡水库神农溪支流库湾立面二维水动力模型(CE-QUAL- W2),对比研究了三峡水库不同时期水流、水温时空分布特征。研究结果表明:神农溪库湾水体整体流速缓慢,不同时期均存在不同强度的异重流现象,包括干流倒灌异重流和上游入流底部顺坡异重流;枯水运行期和汛前消落期干流水体从表层潜入库湾,强度较弱;汛期和汛末蓄水期存在中层倒灌并且强度较大,影响整个库湾;上游入流处由于来流水温一般低于库湾,存在入流底部顺坡异重流现象。库湾水温呈春夏升温、秋冬降温的变化趋势,一年四季均存在水温分层现象;但冬季分层相对较弱,其它季节水温分层明显;水温分层模式因异重流的存在,明显不同于一般水库的水温分层。对比分析表明,CE-QUAL-W2模型可较为准确地反映神农溪库湾水流及水温时空分布特性。研究可为更细化分析三峡水库神农溪库湾水流水温特性、开展水华预报提供技术支撑。     

三峡水库汛末蓄水期香溪河库湾倒灌异重流现象及对水华的影响

为研究汛末蓄水过程中，三峡水库干流对支流水体水流、水环境因子影响特征及作用机制，从2007年9月25日开始对三峡水库蓄水过程中香溪河库湾水流速度和水环境因子进行持续监测分析。结果表明2007年秋季三峡水库汛末蓄水过程中，水库干流依次以底部异重流、中层异重流、表层异重流形式倒灌进入库湾，使得香溪河库湾水体在深度方向具有典型的分层流特征，异重流现象是由水库干流与库湾水体之间的温度差和浊度差造成的。2007年秋季香溪河库湾暴发了一定程度的水华，倒灌异重流使得库湾表层水流流速增大，并将库湾表层浮游藻类演进式输运出河口从而降低库湾藻类生物量是本次异重流影响秋季水华的重要机制。     

汛末蓄水期香溪河库湾倒灌异重流现象及其对水华的影响

为研究三峡水库汛末蓄水过程中,干流对支流水体水流、水环境因子的影响特征及其作用机制,从2007年9月25日开始对三峡水库蓄水过程中香溪河库湾水流速度和水环境因子进行持续监测分析。结果表明,2007年秋季三峡水库汛末蓄水过程中,水库干流水体依次以底部异重流、中层异重流、表层异重流形式倒灌进入库湾,使得香溪河库湾水体在深度方向具有典型的分层流特征,异重流现象是由水库干流与库湾水体之间的温度差和浊度差造成的。2007年秋季香溪河库湾暴发了一定程度的水华,倒灌异重流使得库湾表层水流流速增大,并将库湾表层浮游藻类演进式输运出河口从而降低库湾藻类生物量是本次异重流影响秋季水华的重要机制。     

香溪河库湾春季营养盐空间差异性成因分析

三峡蓄水后,香溪河库湾春季水体中营养盐分布呈明显的空间差异性,具体表现为总氮含量大致呈从上游到河口逐步升高的趋势,而总磷含量呈从上游到河口逐步降低趋势.为明确库湾水动力条件对库湾营养盐空间分布的影响,本文采用三维数学模型模拟了三峡蓄水后香溪河水动力场的分布,利用示踪方法分析了三峡蓄水初期香溪河库湾水动力场对春季营养盐时空分布的影响.结果表明,春季库湾近河口区域水体表现出明显的分层分向流动特征,长江干流水体与库湾水体间的交换作用显著,相应磷营养盐也随水流带出库湾,干流水体对香溪河库湾磷营养盐有明显的稀释作用,特殊的水动力条件是库湾营养盐空间分布差异性主要成因.研究可为三峡水库正常调度运行后香溪河库湾富营养化的控制和治理提供方法,也可为相似库湾营养盐的分布特征研究提供参考.     

三峡库区草堂河库湾水动力特征

针对三峡库区蓄水后普遍存在的干流水体倒灌支流库湾的现象,为探究干支流水交换过程中的水动力特征,通过逐月(2012年9月至2013年7月)实地观测获取三峡库区中部典型支流草堂河库湾水动力参数及水体温度、浊度等数据,分析了水库运行各期干流与库湾的水交换情况及其对库区水环境的影响。结果表明:由于温度差异、干流惯性作用以及支流特殊地形等因素的影响,草堂河河口存在明显的双向水流结构,水库运行各期干支流交界面进出水体分布差异显著;特殊的河流走向使得全年多数月份草堂河与干流有效交换量高于其他典型支流;干流水体全年均能倒灌至库湾尾部,水库高水位运行期进出水体在河口呈上下分层结构且连续性较好,低水位运行期则以左右环流为主且连续性较差。     

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...     

三峡电站日调度驱动的支流振荡对支流水温垂向结构的影响

三峡电站日调度驱动的重力波对其支流动力过程造成显著影响,其中的高频水流波动会显著影响支流库湾的物质、能量等垂向扩散和输运过程,进而影响水华暴发等环境问题。基于三峡水库香溪河支流2021年蓄水期末的水动力及水温垂向结构监测数据,分析了三峡电站日调度驱动的支流库湾高频振荡对水温结构的影响。研究发现,三峡出库流量日波动驱动支流水位也呈日波动和高频波动特征,其中水位日波动振幅约0.3~0.5 m,高频水位波幅约0.04 m。库湾底层水温高频波动比中上层更加明显,与香溪河库湾水深从河口向上游逐渐变浅有关系。支流近底水温波动功率谱分析显示,香溪河湍流耗散速率(6.5×10^-7 W/kg)明显高出一般水库的近底耗散率,表明水库调度驱动的水体高频波动导致较强的湍流发育和耗散。     

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。     

Factors influencing thermal structure in a tributary bay of Three Gorges Reservoir

To better understand the factors influencing the thermal structure of tributaries in the Three Gorges Reservoir(TGR),a well validated three-dimensional hydrodynamic and water temperature model was proposed to simulate the water temperature distribution in the Xiangxi Bay, a representative tributary of TGR.The numerical results show that water temperature stratification seasonally occurred in the Xiangxi Bay, with stable vertical temperature profiles.It is found from the numerical experiments that three key factors are responsible for the formation of water temperature structure:(1) very often,the locations of thermocline are mainly determined by wind speeds, and the higher the wind speed is, the deeper the thermocline is located beneath the water surface,which could be expressed by a fitted exponential function,(2) the thermal structure is affected by static stability of water column, and the thermocline becomes closer to the water surface and its thickness increases with the increase of temperature, (3) due to the effect of the thermal density inflow, the water temperature of the hypolimnion tends to be uniform, however, even under the condition of larger inflow discharge,the influence of the inflow on the epilimnion and the thermocline is not significant.     

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。     

Driving factors of the flushing time of bays formed where tributaries enter a reservoir

Flushing time is an integrative parameter that can represent water exchange capacity and sensitivity to pollution threats. As bays formed where tributaries enter the Three Gorges Reservoir of China have experienced frequent algal blooms over the past decade, we examine the spatially variable flushing time of a typical tributary bay (Xiangxi Bay) by numerical tracer experiments. First, the tracer concentration reduction could be approximated well by a double exponential decay curve, and the local flushing time of Xiangxi Bay is determined using key flushing coefficients. Second, a sensitivity analysis is performed to examine the influence of upstream inflow, temperature difference, wind, water level of the reservoir, and daily water level fluctuation on the spatial variation in local flushing time. Finally, according to local flushing time values and the sensitivity analysis results, the bay can be generally characterized by three zones: riverine, transitional, and mainstream‐influenced zones. In particular, the local flushing times in the riverine zone are mainly affected by the upstream inflow. The difference in temperature between the reservoir mainstream and Xiangxi Bay is the main forcing in the transitional and mainstream‐influenced zones. This study is the first to investigate different driving factors for flushing time in a typical reservoir tributary bay. The findings provide insights on the transport processes in such water bodies, suggesting the possibility of using the longitudinal zonation of flushing time for reservoir management.     

深圳湾泥沙淤积预测及其影响研究

深圳湾长期呈现累积性淤积状态。根据深圳湾历史演变规律的分析,建立了深圳湾的平面二维非恒定、不平衡输沙模型,对深圳湾未来50年内的演变趋势进行了预测,提出了淤积量、淤积分布的规律,分析了淤积导致的水动力条件的变化,在此基础上分析了泥沙淤积对深圳湾水系防洪排涝、水环境容量、生态环境和航道水深等方面的影响。     

基于水动力数值模拟的罗源湾水体交换周期及纳潮量计算EI北大核心CSCD

为了分析罗源湾水动力特性及流场情况,建立了基于Mike21的罗源湾水动力数学模型,经率定得到模型湾内海域Smagorinsky系数为0.28,糙率为0.024~0.035,风拖曳系数为0.0010~0.0015。利用该模型模拟计算了罗源湾水体交换周期及纳潮量,结果表明:涨落潮时,罗源湾流速在0.20~1.56 m/s,湾口及可门水道水动力条件好,北岸及西北角水动力条件较差,北岸受湾外海域潮波影响程度低于南岸;罗源湾水体半交换周期约为15 d,15 d、30 d、45 d和60 d后罗源湾水体平均交换率分别为48.5%、69.3%、78.8%和85.5%;秋季时罗源湾平均纳潮量为5.73亿m^(3),大潮纳潮量为7.07亿m^(3),小潮纳潮量为4.40亿m^(3)。建议在罗源湾入海污染源通量管控过程中,综合考虑海域自身水动力条件,合理控制罗源湾西北角入海污染物排放量。     

湖库水温计算方法及结果分析

对湖库水温计算经验公式法和数学模型法进行了详细介绍,将两种方法分别用于三峡水库香溪河库湾水温计算中,发现采用经验公式法与数学模型法计算结果与实测值相比的RMSE分别为1.063 ℃和0.349 ℃,因此数学模型法比经验公式法计算精度高。另外,经验公式法仅能给出水温沿垂向的变化,本文所建立的水温与水动力相互耦合数学模型能够全面描述研究区域的三维水温分布特性。