收藏本站
《武汉大学》 2014年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

分层异重流背景下三峡水库典型支流水华生消机理及其调控

杨正健  
【摘要】:三峡水库支流库湾水华暴发频次高,涉及范围广,严重影响了库区人民正常生活生产活动,已成为三峡水库当前最严重的水环境问题。如何有效防控支流水华、改善水库水质是三峡水库当前正常运行迫切需要解决的重要问题,直接关系到三峡库区生态文明建设和民生改善。然而,三峡水库因其自身的特殊性,支流水华生消机理至今尚未完全弄清。本文通过整理2008-2012年三峡水库干支流水文水质跟踪监测数据,从近年来发现的支流库湾分层异重流出发,系统分析了分层异重流的分布特征、形成机制及演变过程;研究了分层异重流对三峡水库支流库湾水体层化结构、营养盐补给过程的影响;利用多元示踪技术分析了香溪河库湾营养盐的主要界面交换过程和真光层内营养盐的主要补给模式;拓展了经典临界层理论并验证其在三峡水库的适应性,由此凝练了分层异重流背景下香溪河库湾水华生消机理;最后根据研究结果提出了防控三峡水库支流水华的“潮汐式”生态调度方法,分析了“潮汐式”生态调度在三峡水库应用的可行性。研究得到的主要结论包括: (1)在三峡水库干流,水体泥沙浓度逐年下降,近坝区域已低于0.5g/L;水体滞留时间在夏季低于20d,冬季超过80d;干流水体整体呈自水库上游流向下游的一维特性。在香溪河库湾,夏季水体滞留时间长期超过200d,冬季接近900d;库湾水流呈现复杂的分层异向流态,包括河口底部倒灌楔、底部倒灌异重流、中层倒灌异重流、表层倒灌异重流和上游来流底层顺坡异重流等5种异重流。三峡水库干、支流及上游来流水温差的变化导致了香溪河库湾水流流态的不断转化,是分层异重流形成的根本原因。 (2)在三峡水库干流,最低水温出现在每年2月,但不低于9℃;最高水温出现在每年8月,在27℃左右;表底温差不超过3℃;水体整体为河流型,部分时期为过渡型,适合于经典水温分层理论。在香溪河库湾,水温分层在每年3月开始发育,夏季分层最显著,水库蓄水后表层分层开始消失,冬季处于混合状态;库湾春夏为湖泊型水体,但秋冬为过渡型水体;香溪河水温分层呈现下游“双‘混-斜’”型和上游“半U”型水温分层结构,且水体越深、分层越弱,水体越浅、分层越强;这种特殊水温分层主要是因气温和分层异重流相互作用形成,并伴随分层异重流的转化而改变,不符合经典水温分层理论。 (3)建立的香溪河库湾立面二维水流水温模型能够很好地模拟库湾分层异重流以及特殊水温分层的时空差异及垂向分布特征。设置的五种水温边界工况包含了香溪河库湾典型的五种水流流态时的边界条件,模拟的无显著倒灌、底部倒灌楔、底层倒灌异重流、中层倒灌异重流和表层倒灌异重流的水流场和温度场与实测规律一致。凝练了香溪河库湾不同情形下的五类水流循环模式,这五种循环模式对分析香溪河库湾水华生消机理及其防控措施具有重要的生态环境意义。 (4)香溪河库湾上游来流磷营养盐相对较高,氮、硅营养盐相对较低;长江干流总磷浓度相对略低,氮和硅营养盐相对较高。Na+和Cl-具有较好的相关性(R2=0.926),是进行干支流水团混合示踪的理想离子,其与氢氧同位素在长江干流、香溪河库湾和香溪河上游来流三者间的差异显著。常量离子示踪和同位素示踪计算结果均表明长江干流对香溪河库湾氮营养盐的贡献总体超过上游来流的贡献。干支流交换界面和上游来流入库界面是香溪河库湾营养盐来源的主要界面;真光层营养盐补给模式主要包括水平输移、中层补给、掺混补给、藻类分解和点面源输入等五种类型,除每年3月香溪河库湾真光层内营养盐多受上游来流影响外,其它时期均由长江倒灌异重流进行补给。 (5)2010-2011年香溪河库湾均暴发了一定程度的水华,主要包括春季水华和夏季水华,夏季水华更为严重。临界层理论表明:当混合层深度小于光补偿深度时,浮游植物迅速增殖,水华风险最大;当混合层深度大于临界层深度时,浮游植物生长受到限制,水华消失;当混合层深度处于二者之间时,浮游植物缓慢生长,水华逐渐发育。香溪河冬季围隔实验验证了上述结论的正确性,且临界层理论能够很好解释2010-2011年香溪河库湾水华生消过程。在一般环境中临界层与真光层数值相似,可以用真光层底部来代表临界层深度值。香溪河库湾底层倒灌异重流和中层倒灌异重流导致的水温特殊分层是导致水华暴发的主要诱因,水温分层所衍生的光热特征是导致香溪河库湾浮游植物群落演替的主要原因。 (6)三峡水库典型水位波动过程能够促使香溪河库湾水流由中层倒灌转变为表层倒灌,打破波动前的表层水温分层现象,使得库湾营养盐空间上分布均匀;能够增大库湾水体混合层深度,进而导致藻类叶绿素a浓度降低。基于临界层理论和中度扰动理论提出的防控支流水华的三峡水库“潮汐式”生态调度概念包括“春季潮汐式”调度方法、“夏季潮汐式”调度方法和“秋季提前分期蓄水”调度方法。与三峡水库设计水位调度过程线相比,“潮汐式”生态调度能够增大三峡水库的发电效益,其对三峡水库年度水华频率、夏季水华和秋季水华均具有很好的防控作用。三峡水库“潮汐式”生态调度在理论上能够应用于三峡水库并有效防控支流水华。
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:X524

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 任春坪;钟成华;邓春光;黄程;;三峡库区冬季微囊藻水华探析[J];安徽农业科学;2009年11期
2 廖平安,胡秀琳;流速对藻类生长影响的试验研究[J];北京水利;2005年02期
3 张莉莉;陈进;;长江上游水沙变化分析[J];长江科学院院报;2007年06期
4 马骏;刘德富;纪道斌;杨正健;易仲强;;三峡水库支流库湾低流速条件下测流方法探讨及应用[J];长江科学院院报;2011年06期
5 李崇明;黄真理;张晟;常剑波;;三峡水库藻类“水华”预测[J];长江流域资源与环境;2007年01期
6 曾辉;宋立荣;于志刚;陈洪涛;;三峡水库“水华”成因初探[J];长江流域资源与环境;2007年03期
7 余真真;王玲玲;戴会超;成高峰;;三峡水库香溪河库湾水温分布特性研究[J];长江流域资源与环境;2011年01期
8 袁超;陈永柏;;三峡水库生态调度的适应性管理研究[J];长江流域资源与环境;2011年03期
9 刘建康,谢平;揭开武汉东湖蓝藻水华消失之谜[J];长江流域资源与环境;1999年03期
10 秦伯强;王小冬;汤祥明;冯胜;张运林;;太湖富营养化与蓝藻水华引起的饮用水危机——原因与对策[J];地球科学进展;2007年09期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 冉祥滨;三峡水库营养盐分布特征与滞留效应研究[D];中国海洋大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 胡正峰;张磊;邱勤;韩光;李兴琼;;三峡库区长江干流和支流富营养化研究[J];山东农业科学;2009年12期
2 姚国峰;汪海波;;水源水体中有害蓝藻水华的控制和去除技术研究进展[J];安徽化工;2011年04期
3 范晓惠;;巢湖水体营养状况及其与水体叶绿素a的关系[J];安徽科技;2006年11期
4 袁龙义;江林枝;;不同盐度对苦草、刺苦草和水车前种子萌发的影响研究[J];安徽农学通报;2008年17期
5 韩锦涛;李素清;;娄烦县土地利用/土地覆被动态和格局分析[J];安徽农业科学;2006年13期
6 顾启华;赵林;谭欣;;铜绿微囊藻·螺旋鱼腥藻和水华束丝藻竞争优势的研究[J];安徽农业科学;2007年07期
7 张勇;张晟;曾雪梅;黎莉莉;周丹;宋丹;;三峡水库夏季次级河流库湾营养状态及营养盐输出[J];安徽农业科学;2007年18期
8 冯冰冰;王国祥;杨文斌;;南京玄武湖污染源调查与分析[J];安徽农业科学;2007年28期
9 卢双珍;喻庆国;曹顺伟;;云南糯扎渡自然保护区自然森林群落物种多样性研究[J];安徽农业科学;2008年02期
10 于广丽;;微囊藻毒素降解方法研究进展[J];安徽农业科学;2008年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 钟成华;任春坪;张文东;刘鹏;;长江、嘉陵江重庆城区段水体富营养化问题初步研究[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第一卷)[C];2011年
2 胡建林;毕永红;杨敏;胡征宇;;三峡水库春季水华优势种的昼夜垂直迁移[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第一卷)[C];2011年
3 胡传林;万成炎;丁庆秋;潘磊;;我国水库渔业对水环境的影响及其对策[A];水库养鱼技术问题与发展总集[C];2009年
4 殷高方;张玉钧;王志刚;肖雪;张恺;段静波;赵南京;刘文清;;基于荧光传感方法的藻类在线监测技术研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
5 袁喜;李丽萍;涂志英;石小涛;黄应平;;温度对鳙鱼运动耗氧率的影响[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
6 罗梦森;何浪;彭华青;;太湖蓝藻生长发育与水环境的关系分析[A];第八届长三角气象科技发展论坛论文集[C];2011年
7 于玉贞;谢立全;孙逊;;渗流作用下的江河岸坡冲刷变形分析[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集[C];2007年
8 邢光敏;赵艳珍;阎莹;林振景;郑辉;;洋河水库富营养化评价与防治对策[A];全国畜禽和水产养殖污染监测与控制治理技术交流研讨会论文集[C];2008年
9 王冬梅;程和琴;周丰年;杨忠勇;和玉芳;吴敬文;;近岸沙波分布区桥墩局部冲刷深度的估算[A];第二十一届海洋测绘综合性学术研讨会论文集[C];2009年
10 梁福庆;;水库库区循环经济运用研究[A];第十届中国科协年会论文集(二)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 韩艳;海底管线的冲刷与导流防护技术研究[D];中国海洋大学;2010年
2 余云军;胶州湾流域与海岸带综合管理研究[D];中国海洋大学;2010年
3 任景玲;长江流域及黄、东海铝的生物地球化学循环及其影响因素研究[D];中国海洋大学;2010年
4 李文金;亚高寒草甸弃耕地恢复演替过程及其生态学机制研究[D];兰州大学;2010年
5 刘高峰;长江口水沙运动及三维泥沙模型研究[D];华东师范大学;2011年
6 鲁为华;短期围栏封育下退化绢蒿荒漠草地更新特征研究[D];新疆农业大学;2010年
7 田晔林;北京百花山自然保护区苔藓植物多样性研究[D];北京林业大学;2011年
8 曾剑;基于数据挖掘的钱塘江河口水沙运动规律研究[D];浙江大学;2011年
9 李学海;深厚覆盖层河床截流若干关键技术问题研究[D];武汉大学;2010年
10 赵谷风;中国东部常绿阔叶林群落Beta多样性和功能多样性研究[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 武欣;武汉城市乡村聚落植物物种组成与多样性研究[D];华中农业大学;2010年
2 王培丽;从水动力和营养角度探讨汉江硅藻水华发生机制的研究[D];华中农业大学;2010年
3 杨慧君;循环水养殖池塘浮游生物群落结构变化规律的研究[D];华中农业大学;2010年
4 赵巧玲;植物浮床对精养池塘水质及浮游藻类群落结构的效应[D];华中农业大学;2010年
5 吴颖靖;鄱阳湖湖区水体营养盐分布格局及富营养化动态分析[D];中南林业科技大学;2009年
6 房殿荣;黄河下游堤防溃口土体的冲刷性能[D];郑州大学;2010年
7 刘磊;多泥沙河流水库优化调度研究[D];郑州大学;2010年
8 刘立杰;黄河三角洲湿地大型底栖动物时空变化规律及其功能群研究[D];山东农业大学;2010年
9 郭颂歌;浅水流动及其挟沙状态下的数值模拟[D];大连理工大学;2010年
10 田玉龙;淮北地区玉米田节肢动物群落结构研究[D];安徽农业大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 胡正峰;张磊;邱勤;韩光;李兴琼;;三峡库区长江干流和支流富营养化研究[J];山东农业科学;2009年12期
2 况琪军,马沛明,胡征宇,周广杰;湖泊富营养化的藻类生物学评价与治理研究进展[J];安全与环境学报;2005年02期
3 孙晓杭,张昱,杨敏,张斌亮;太湖悬浮物磷的形态分布特征[J];安全与环境学报;2005年04期
4 ;三峡水库调度和库区水资源与河道管理办法[J];中华人民共和国水利部公报;2008年04期
5 张玉超;钱新;钱瑜;陆根法;石川忠晴;;太湖水温分层现象的监测与分析[J];环境科学与管理;2008年06期
6 朱茵,孟志勇,阚叔愚;用层次分析法计算权重[J];北方交通大学学报;1999年05期
7 华锦彪,宗志祥;洋河水库“水华”发生的实验研究[J];北京大学学报(自然科学版);1994年04期
8 张洪江,解明曙,王玉杰,李洁;长江三峡库区多功能防护林建设途径探讨[J];北京林业大学学报;1998年06期
9 廖平安,胡秀琳;流速对藻类生长影响的试验研究[J];北京水利;2005年02期
10 肖铁岩;许晓毅;付永川;罗固源;;三峡库区次级河流富营养化及其生态治理[J];重庆大学学报(社会科学版);2009年01期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 陈进;;长江通江湖泊的保护与利用问题讨论[A];变化环境下的水资源响应与可持续利用——中国水利学会水资源专业委员会2009学术年会论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 张佳磊;三峡库区大宁河富营养化和水华研究[D];华东师范大学;2011年
2 叶麟;三峡水库香溪河库湾富营养化及春季水华研究[D];中国科学院研究生院(水生生物研究所);2006年
3 陈永柏;三峡水库运行影响中华鲟繁殖的生态水文学机制及其保护对策研究[D];中国科学院研究生院(水生生物研究所);2007年
4 冉祥滨;三峡水库营养盐分布特征与滞留效应研究[D];中国海洋大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 石孝洪;三峡水库消落区土壤磷释放特征及环境风险[D];西南农业大学;2004年
2 张欣泉;长江干流及河口硅的生物地球化学研究[D];中国海洋大学;2006年
3 钟娜;复式河道一维数值模拟[D];河海大学;2007年
4 肖乃尧;河道型水库支流库湾富营养化模型研究及应用[D];河海大学;2007年
5 代玲玲;三峡水库富营养化藻类特征及环境因素影响研究[D];重庆大学;2007年
6 黄丰;三峡库区农业非点源污染规律调查研究[D];华中农业大学;2007年
7 吴磊;三峡库区小江流域非点源污染负荷模拟研究[D];重庆大学;2008年
8 王丽香;我国东部农村镇域水体环境氮磷污染及底泥对磷的吸附释放特征研究[D];西北农林科技大学;2009年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026