营养物质分级总量控制与精细化管理方案研究——以三峡库区梅溪河库湾为例

自2008年三峡水库175 m试验性蓄水以来,三峡水库在发挥巨大的防洪、水力发电等综合效益的同时,库区水体富营养化问题日益突出。为厘清三峡水库水体富营养化演替的营养物质来源,提出有效的总量控制策略及精细化管理方案,以三峡库区长江干流左岸的典型支流梅溪河为例,以2016～2019年期间逐月实测的水文、水动力、水质数据为基础,构建了梅溪河支流库湾三维水环境数学模型,并应用该模型研究长江干流-梅溪河支流来水与梅溪河库湾各特征断面间的水质响应关系;同时,定量解析了梅溪河库湾水体富营养化断面的营养盐来源、组成及其结构特征,核定了干支流交互作用影响下梅溪河支流库湾的水环境容量,研究提出了基于容量总量控制与水体富营养状态削减的分级总量控制需求和入库水质浓度限值,并制定了适应河（库）长制管理需求的干支流水质浓度精细化管理方案。梅溪河支流库湾CODMn、TP、 TN等3项指标的水环境容量分别为18 417, 373 t/a和7 528 t/a。在库湾各特征断面水质达标约束条件下,梅溪河库湾入库的CODMn、TP、TN等3项指标浓度限值分别为2.50～6.30,0.052～0.055 mg/L和1.05～1.10 mg/L;在满足梅溪河库湾库尾水华高发区的轻度富营养状态削减并达到中营养水平条件下,梅溪河支流入库的CODMn、TP、TN等3项指标浓度限值分别为2.00～4.00,0.05 mg/L和1.00 mg/L。研究成果可为三峡水库支流库湾水质达标管理与水体富营养化科学防治提供技术支撑与参考。     

三峡水库支流库湾营养源解析及水体富营养化调控对策研究

支流库湾水体富营养化是三峡水库带来的主要环境问题之一,三峡水库进入常态调度运行后,支流库湾水体富营养化问题日益突出.为厘清易发生水华的支流库湾水体富营养化的驱动力因素,本文以重庆市奉节县梅溪河为典型支流,采用三维水动力与水环境模拟技术解析了支流库湾水动力的驱动机制及营养盐来源及其组成.干-支流水温差导致的密度流是梅溪河...     

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.     

三峡库区典型支流氢氧同位素时空分布特征研究

定量分析三峡水库支流库湾中水体组成,研究支流库湾水循环过程,有助于分析支流库湾的环境问题。对三峡水库内的草堂河及其毗邻干流进行了连续1 a的观测,分析了水体中氢氧同位素特征,阐述了在干支流相互作用下,三峡水库支流库湾的水团来源及其组成,探讨了三峡水库蓄水后支流库湾水循环的变化。研究表明:长江干流和支流库湾中δD/δ~(18)O与区域降水线十分接近,表明其水团主要来源为大气降水;同时长江和支流库湾中的氘盈余与建库前有明显不同,说明三峡水库蓄水之后长江干流和支流库湾水体组分发生了一定改变;支流库湾中水体混合比存在明显的时空变化,长江干流水团占的比例为76. 9%~99%。     

水动力调控：抑制三峡库区支流水华的路径

三峡水利枢纽工程是治理开发长江的关键性骨干工程，在防洪、发电、航运等方面有着巨大的综合效益。但与此同时，三峡工程也为长江生态环境带来深远影响。其中，三峡水库建成后库区支流水华问题成为社会关注的一个焦点。自2003年三峡水库蓄水以来，由于库区水位抬升，库区水流减缓、紊动扩散能力降低,导致水体自净能力减弱和污染物在支流库湾的滞留。尽管目前三峡库区干流水质保持良好，但是库湾水质呈现不同程度下降，许多支流甚至频繁发生水华。     

水动力调控:抑制三峡库区支流水华的路径

三峡水利枢纽工程是治理开发长江的关键性骨干工程,在防洪、发电、航运等方面有着巨大的综合效益.但与此同时,三峡工程也为长江生态环境带来深远影响.其中,三峡水库建成后库区支流水华问题成为社会关注的一个焦点.自2003年三峡水库蓄水以来,由于库区水位抬升,库区水流减缓、紊动扩散能力降低,导致水体自净能力减弱和污染物在支流库湾的滞留.尽管目前三峡库区干流水质保持良好,但是库湾水质呈现不同程度下降,许多支流甚至频繁发生水华.     

河道型水库库湾水体富营养化评价及防治初探

目前我国河道型水库库湾水体污染问题普遍存在.葛洲坝水库是典型的河道型水库,水库蓄水以后,在黄柏河下游形成具有湖库特征的库湾,库湾水体发生富营养化.库湾水动力条件改变加上上游输入充足的营养物质,使库湾水体发生富营养化.利用黄柏河1998～2002年库湾断面监测资料,评价黄柏河水体富营养化现状,分析其富营养化成因,并据此提出可行的防治措施.     

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。     

Eutrophication model for river-type reservoir tributaries and its applications

With the impoundment of the Three Gorges Reservoir, algal blooms have been found in some tributaries. In this study, according to the theoretical analysis of the eutrophication mechanismin a river-type reservoir tributary, a one-dimensional eutrophication model was developed for the Xiangxi River tributary of the Three Gorges Reservoir, and the influence of hydrodynamic conditions on the primary growth rate of algae was investigated. Furthermore, numericalpredictions of hydraulic variables and eutrophication factors, such as the concentration distribution of TP, TN, and Chl-a in the spatial and temporal domains, were carded out. Comparison of computation results of TP, TN, and Chl-a concentrations along the river in the spring of 2005 with experimental data demonstrates the validity of the model. The agreement between the computation results and the experimental data of TP and TN concentrations is better than the agreement between those of Chl-a concentration. The simulated results also show that the Chl-a concentration downstream is much higher than that in the upstream tributary, which potentially indicates the outbreak of algae in this area. Therefore, this study provides a feasible method of accurately predicting the state of eutrophication in river-type reservoirs and their tributaries.     

三峡水库不同水位运行下大宁河水动力过程模拟

三峡大坝的建成运行对库区支流水动力过程具有重要影响。以三峡库区支流大宁河为例,基于Delft3D模型,建立了大宁河大昌到长江口段平面二维水动力模型,并对三峡水库高水位和低水位运行条件下大宁河的水动力特征进行模拟计算,得到大宁河模拟区段水流流场的沿河分布。模拟结果表明:不管是三峡水库低水位或高水位运行,大宁河整体流速缓慢,均低于0.04 m/s;河流库湾区低水位时流速低于0.01 m/s,高水位时低于0.001 m/s,呈现明显的"湖相"特征,水体自净能力极大地削弱,易发"水华",影响大宁河水质安全。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。     

三峡水库试验性蓄水期间水环境质量监测分析

为了分析三峡水库蓄水后的水体质量变化情况,选取水库干流全程和主要支流典型断面进行了水质监测。水库蓄水期间水质分析的结果表明：库区干流水质较好且总体稳定,但支流水质总体较差,支流回水区各断面水质以Ⅳ类为主,主要超标因子为总磷,与蓄水前相比,支流水质明显下降,大部分处于中营养或富营养状况,部分支流回水区的局部河段发生了水华。水质分析结果为针对性地制定三峡水库水环境保护措施奠定了基础。     

基于flushing time的春季水库优化调度可行性研究

针对三峡水库支流库湾春季水华问题,通过建立三维水动力模型,探讨了利用调峰调度和潮汐式调度促进干支流水体交换的可行性。研究表明,当4月水库实施调峰调度时,整个库湾水体的flushing time较常规调度有所缩短,尤其是库湾上游至中上游区域;当5月水库开始实施潮汐式调度时,水体体积较大的库湾下游区域的flushing time较常规调度方案有所缩短。可见,两种水库优化调度方案对增大干支流水体交换均具有可行性。当水库实施调峰调度和潮汐式调度联合调度时,整个库湾水体的平均flushing time较常规调度方案有不同程度的缩短,表明该联合调度方案更能促进干支流水体的交换。研究成果可为支流库湾水环境问题的防治提供借鉴。     

小浪底水库支流倒灌与淤积形态模型试验

利用小浪底水库实体模型开展水库拦沙后期运用方式长系列年试验,对争议较大的库区支流倒灌及其淤积形态问题进行重点分析。结果表明:库区最大支流畛水河口门狭窄且库容较大,拦门沙问题最为突出,其纵坡面形态与设计有一定的差别;支流年淤积量与当年大于2600 m3/s流量时段的总水量有较好的相关性;通过优化水库运用方式可较长时期保持动态三角洲淤积形态,有利于支流库容的有效利用;水库干流河床处于动平衡状态时,支流河床仍然会逐渐淤积抬升而使得干支流淤积面高差趋于减少。     

三峡水库水质演变趋势及保护对策

分析三峡库区干、支流水质现状及其在蓄水前、135m蓄水后和156m蓄水后3个阶段的演变趋势,研究水库蓄水对库区水质的影响。结果表明,库区干流现状水质总体较好且蓄水前后保持基本稳定;库区支流蓄水后水质有所下降,现状水质总体较差;部分支流的局部区段在蓄水后发生了水华。结合库区实际情况,针对性地提出了三峡水库的水质保护对策。     

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。     

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.