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。     

三峡水库香溪河库湾不同异重流下水温分层模式研究

三峡水库蓄水后支流库湾水体的水动力条件发生变化,水温在垂向上的分布也呈现出了不同模式。为了分析不同类型的倒灌异重流条件下水体的水温分布情况,对香溪河库湾不同断面的水温进行原位监测,并构建库湾水体的水温水动力数学模型(CE-QUAL-W2)。研究结果表明:水库正常运行的不同时期,香溪河库湾水体的主要水动力条件和水温分布结构均不同,在水库运行时的泄水期,库湾水体水动力主要为表层倒灌异重流,水温呈现传统的分布模式;在水库汛期低水位运行时,库湾水体水动力主要为中层倒灌异重流,水温呈“双混斜”式分布;在水库蓄水期,库湾水体水动力主要为底部倒灌异重流,水温呈“半U”型分布。研究成果可为揭示香溪河水流水温特性、营养盐迁移及水华预测预报提供相关的理论支持和技术支撑。     

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...     

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%。     

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。     

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...     

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。     

红水河与清水河干、支流洪水遭遇分析

以红水河与清水河汇合口迁江镇河段为例,通过分析干流红水河与支流清水河洪水的组合情况,推算受干流红水河顶托影响的支流清水河河口段设计洪水位。河段设计洪水水面线是堤防设计的主要依据,对于有干支流洪水相互顶托的河段,需分析其洪水组合和遭遇规律,进行不同组合情况的水面线推算,以外包线作为设计的依据。     

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。     

三峡水库蓄水至135 m库区水质变化分析与保护建议

对三峡水库蓄水至135 m前后库区干支流水质状况进行了系统分析和评价,对比分析了蓄水前多年与蓄水后2 a来水库水质变化状况及主要影响因子含量变化。结果表明:库区干流水质与悬浮物含量关系密切,蓄水后,从库尾至坝前,随着悬浮物的逐渐沉降,干流水质逐渐趋好,主要影响因子含量也逐渐下降;部分支流库湾因蓄水顶托,水流变缓,在营养物质含量水平高、水温与光照适宜等因素共同影响下,水质变差,出现了富营养化,甚至爆发了“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.     

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。     

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。     

三峡水库蓄水后氮、磷营养盐的特征分析

根据2004年4月调查结果,对三峡库区二期蓄水后的氮、磷营养盐浓度及分布进行研究。结果表明,二期蓄水后水体总磷、总氮的质量浓度平均为0.083 mg/L、1.56 mg/L,其中总溶解性磷比例介于32%~82%,总溶解性氮为72%~95%。总磷浓度受蓄水的影响较大,坝前区总磷浓度在蓄水后显著降低,ρ(N)/ρ(P)值提高。由于氮、磷营养盐浓度偏高,库区水体在二期蓄水后呈现富营养化趋势。营养盐浓度对不同类型水体富营养化的影响程度存在差异,蓄水后长江干流为贫营养和中营养状态,而部分支流回水段已达到了富营养化程度,存在潜在的水华爆发现象。