三峽水庫(kù)近壩區(qū)典型支流水流特性及其對(duì)調(diào)度的響應(yīng).pdf

1、三峽水庫(kù)蓄水以后,由于庫(kù)水位抬高,干支流水流變緩,水體富營(yíng)養(yǎng)化日趨嚴(yán)重,部分支流庫(kù)灣多次了“水華”,部分學(xué)者認(rèn)為水流變緩是水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化的主要誘因之一,通過(guò)水庫(kù)調(diào)度改變庫(kù)區(qū)的水流條件,進(jìn)而控制水體富營(yíng)養(yǎng)化已經(jīng)得到許多專家學(xué)者的認(rèn)可,但還沒(méi)有明確提出防控支流水華的水庫(kù)生態(tài)調(diào)度需求。本文通過(guò)研究三峽水庫(kù)近壩區(qū)典型支流香溪河和神農(nóng)溪庫(kù)灣的水動(dòng)力特性,采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)值模擬等手段相結(jié)合,分析了三峽水庫(kù)香溪河和神農(nóng)溪庫(kù)灣水動(dòng)力過(guò)程,并比較了水庫(kù)不同

2、運(yùn)行時(shí)期各個(gè)支流的水溫水動(dòng)力特征。借助CE-QUAL-W2建立數(shù)學(xué)模型模擬香溪河和神農(nóng)溪庫(kù)灣水流特性,驗(yàn)證了CE-QUAL-W2模型在香溪河和神農(nóng)溪庫(kù)灣水流計(jì)算中的適用性。并進(jìn)一步應(yīng)用模型,模擬不同泄水調(diào)度和蓄泄結(jié)合調(diào)度工況下庫(kù)灣水動(dòng)力特性的變化,結(jié)合水動(dòng)力過(guò)程與水華的響應(yīng)關(guān)系,判斷各泄水調(diào)度工況控制水華是否可行。主要結(jié)論如下:
　　(1)通過(guò)野外監(jiān)測(cè)比較水庫(kù)不同運(yùn)行時(shí)期各個(gè)支流的水溫水動(dòng)力特征,得出主要結(jié)論如下:
　　①香

3、溪河和神農(nóng)溪庫(kù)灣全年都存在倒灌異重流現(xiàn)象,同一時(shí)間干流水體從河口的潛入位置基本相同;香溪河和神農(nóng)溪庫(kù)灣上游下泄低溫水全年都以順坡異重流的形式流向下游。
　?、谙阆雍蜕褶r(nóng)溪庫(kù)灣倒灌異重流的潛入方式基本相同,由于枯水期歷時(shí)較長(zhǎng),經(jīng)歷了由表層-中層-底層-表層轉(zhuǎn)化的過(guò)程;汛前消落期和汛期主要以表層和中層倒灌為主;蓄水期主要由中層倒灌轉(zhuǎn)化為表層倒灌。
　?、鄹闪鳚撊胂阆铀w潛入過(guò)程中,異重流厚度沿程變化較為平緩,呈緩慢減小的趨勢(shì)

4、。而潛入神農(nóng)溪水體由于受地形影響異重流厚度沿程變化過(guò)程較為復(fù)雜,表層倒灌時(shí)異重流潛入規(guī)律與香溪河相似,呈緩慢減小的趨勢(shì),而底層倒灌時(shí),SN02斷面處特殊的地形條件對(duì)干流倒灌水體的入侵起到了緩沖作用。
　?、芟阆雍蜕褶r(nóng)溪庫(kù)灣水體垂向分層狀態(tài)的時(shí)空分布規(guī)律基本相同,水體穩(wěn)定系數(shù)由庫(kù)灣下游向上游都呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢(shì)?？菟谥饕瓜驌交鞝顟B(tài)為主,庫(kù)灣上游小部分區(qū)域處于弱分層狀態(tài),隨著時(shí)間的推移庫(kù)灣水體摻混狀態(tài)向弱分層狀態(tài)轉(zhuǎn)變;汛前消落期

5、庫(kù)灣水體由弱分層狀態(tài)向分層狀態(tài)轉(zhuǎn)變;汛期庫(kù)灣下游呈現(xiàn)弱分層狀態(tài),上游呈現(xiàn)分層狀態(tài);蓄水期庫(kù)灣水體由分層狀態(tài)向摻混狀態(tài)轉(zhuǎn)變。
　?、菹阆铀w主要進(jìn)行“水平”而非“垂直”能量交換,而神農(nóng)溪水體下游段河口至SN02斷面“水平”和“垂向”能量交換都很明顯,中上游SN02斷面以上主要進(jìn)行“水平”能量交換。
　　(2)基于 CE-QUAL-W2建立的三峽水庫(kù)-香溪河-神農(nóng)溪庫(kù)灣立面二維水流水溫模型能夠準(zhǔn)確的模擬香溪河庫(kù)灣長(zhǎng)期存在的分層

6、異重流特性,模型能夠較為準(zhǔn)確的模擬出長(zhǎng)江干流以及支流庫(kù)灣水溫垂向分布特征和支流庫(kù)灣長(zhǎng)期存在的水流分層異向流動(dòng),基本能夠反映出干流水體潛入厚度以及潛入距離,同時(shí)模型能夠較為準(zhǔn)確的模擬出支流庫(kù)灣流速大小以及流速垂向分布規(guī)律。因此,該模型可以用于香溪河和神農(nóng)溪庫(kù)灣水動(dòng)力模擬。
　　(3)分別模擬了初始水位160 m、155 m條件下,不同泄水調(diào)度工況下的庫(kù)灣水動(dòng)力特性,以及在汛前消落期不同水位日變幅蓄泄結(jié)合調(diào)度工況水位調(diào)度對(duì)近壩區(qū)典型支

7、流水流特性的影響規(guī)律分析,得出主要結(jié)論如下:
　　①在160 m水位下進(jìn)行泄水調(diào)度時(shí),香溪河和神農(nóng)溪庫(kù)灣流場(chǎng)發(fā)生了明顯的變化,隨著泄水幅度的增強(qiáng),干流倒灌異重流的潛入距離明顯減小,異重流厚度也有一定程度的減小,且神農(nóng)溪庫(kù)灣流場(chǎng)的變化比香溪河更加明顯。泄水調(diào)度對(duì)香溪河庫(kù)灣表層水體的流出起到了促進(jìn)作用,庫(kù)灣下游XX00-XX05斷面之間表層流速基本都在控制水華暴發(fā)的臨界流速0.04 m/s以上,庫(kù)灣上游XX05-XX10斷面之間表層流

8、速變化較小,流速均小于0.04 m/s。而神農(nóng)溪庫(kù)灣160 m水位時(shí),干流以表層倒灌為主,泄水調(diào)度對(duì)神農(nóng)溪庫(kù)灣表層水體的潛入起到了抑制作用,因此整個(gè)庫(kù)灣表層流速在短期調(diào)度時(shí)間內(nèi)大小較小,均低于0.04 m/s。
　?、谠?55 m水位下進(jìn)行泄水調(diào)度時(shí),香溪河和神農(nóng)溪庫(kù)灣流場(chǎng)發(fā)生了明顯的變化,隨著泄水幅度的增強(qiáng),干流倒灌異重流的潛入距離明顯減小,異重流潛入厚度變化不大。泄水調(diào)度對(duì)香溪河和神農(nóng)溪庫(kù)灣表層水體的潛入起到了抑制作用,因此整

9、個(gè)庫(kù)灣表層流速在短期調(diào)度時(shí)間內(nèi)大小較小,幾乎均低于0.04 m/s。
　?、墼谘辞跋淦诓煌蝗兆兎钚菇Y(jié)合調(diào)度工況香溪河和神農(nóng)溪的縱向水流分布特征與水位平穩(wěn)時(shí)基本相同。在汛前消落期進(jìn)行蓄泄結(jié)合調(diào)度與常規(guī)的泄水調(diào)度方式相比,蓄水時(shí)段庫(kù)灣表層流速明顯增加,泄水時(shí)段表層流速有所減小。綜合考慮表層流速隨時(shí)間和空間的變化特征,第一天蓄0.5 m,第二天泄1.1 m,循環(huán)蓄泄15個(gè)周期,對(duì)控制香溪河支流下游水華最為有利,第一天蓄1 m,第