上游建库对三峡水库干流及香溪河水温水动力特性的影响

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自三峡水库蓄水以后,由于水库水位抬高,干支流水流变缓,水体富营养化日趋严重。同时由于梯级水库能更高效率地利用水能资源,因此水能资源丰富的河流往往都进行了多级的梯级水库规划,而梯级水库更为严重地改变了河道的天然状态,特别是多个梯级水库联合运行时,上游与下游有互动影响,对河流水环境影响更为巨大。目前,关于上游建库对三峡水库干支流水环境的影响研究较少。本文基于CE-QUAL-W2建立三峡水库干流-香溪河库湾立面二维水温水流模型,分析了上游建库对三峡水库干支流水温特性的影响规律;分析了干流倒灌异重潜入深度以及库湾混合层深度(Zmix)对三峡水库上游建库的响应关系。  本研究主要内容包括:⑴2012年向家坝水库建成运行后,三峡水库入库流量减少,在汛期尤为明显;干流入库年平均水温高于建坝前,且入库年最高水温和最低水温都高于建坝前。在汛前消落期,长江干流水体通常流向为上游到下游,无分层异向流动存在。长江干流水体深度在汛期明显减小,导致上游水体流速变大,且下游水体流速明显大于汛前消落期,水体流速垂向无明显波动。到枯水运用期,三峡库区水体流速无明显波动,且干流上、下游水体流速无明显差异。不同时期三峡水库纵向水温分布存在差异,库区水温波动范围较大,上下游水温差异明显。库区表中底水体中总氮浓度整体变化趋势一致,均在库首达到最小值,表、中层水体中总磷浓度沿程变化趋势整体一致,而底层水体中总磷浓度沿程变化较表、中层波动更大。⑵不同入库环境条件下三峡水库干流纵向水温差异性明显,2012年向家坝水库建成运行后,干流纵向水温明显降低,水温变化幅度变大,其中对6月、7月、8月、9月和10月的沿程水温变化的影响尤为明显。三峡水库坝前区域水温垂向时空分布差异显著,由于受入库环境条件变化的影响,9月份垂向水温分层结构由2010年和2011年的弱分层转化2013年和2014年的明显分层,6月份、7月份、8月份、10月份垂向水温由2011年的明显分层转化为2013年和2014年的弱分层。⑶2010年和2011年香溪河库湾在三峡水库常规调度运行期内均显示出明显的分层异重流特征,香溪河库湾上游径流在汛前消落期由表层转化为底层,而长江干流则由表层倒灌变为中层倒灌;汛期,库湾上游来流都以底部形式流入库湾,干流水体倒灌形式主要表现为中层和中上层;汛末蓄水期,库湾上游来流仍以底部形式流入库湾,干流水体主要是由表层-中层-中下层倒灌转化;枯水运用期,库湾上游以表层和底部流出库湾,干流水体主要从中下层-底部倒灌转化。对比4年数据发现,上游建库对香溪河库湾异重流倒灌方式、深度和范围的影响主要在汛前消落期和汛期,向家坝建成运行后,在香溪河库湾汛前消落期,干流水体倒灌形式为中层-中上层转化,倒灌厚度增加,潜入范围变化不大;在香溪河库湾汛期,干流水体倒灌形式主要表现为中层-中上层-中下层转化,倒灌厚度增加,潜入范围由中游延伸到上游。⑷香溪河库湾水温垂向上具有明显的时空分布差别。对比4年数据发现,2012年向家坝水库建成运行后,香溪河库湾上游、中游和下游水温垂向分布在10月到12月由明显分层转化为弱分层,表底温差减小;在6月到9月水温分层结构变化不大,但垂向变化幅度增大,表底温差变大;其他月份差异性不明显。⑸整体上看,香溪河库湾水体混合层深度(Zmix)在时间上呈现春夏季浅、秋冬季深的特点;在空间上呈现中上游低、下游高的特点。对比4年香溪河库湾水体混合层深度发现,2012年向家坝水库建成运行后,春季库湾下游混合层深度明显减小;夏季库湾下游混合层深度变化不大;秋季,9月份库湾下游混合层深度减小,其它月份变化不大;冬季库湾下游混合层深度明显增大。
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