【摘要】：三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)行后,水體富營(yíng)養(yǎng)化問題日益加劇,水動(dòng)力條件顯著變緩導(dǎo)致庫(kù)區(qū)近壩支流頻繁暴發(fā)水華。在影響藻類生長(zhǎng)的主要因子中,環(huán)境因子和營(yíng)養(yǎng)鹽濃度短期內(nèi)均無法人為改變,因此通過水庫(kù)調(diào)度改善水動(dòng)力條件是緩解支流水華暴發(fā)程度的重要途徑。本文結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬手段,以三峽庫(kù)區(qū)干流及近壩支流香溪河為研究對(duì)象,對(duì)干支流水體之間的水動(dòng)力、水質(zhì)交換摻混特性展開研究,揭示了溫差剪切分層流對(duì)支流水動(dòng)力和藻類輸移過程的影響機(jī)理,探明了有利于降低支流水華暴發(fā)程度的水庫(kù)調(diào)度方式;按長(zhǎng)期和應(yīng)急兩種時(shí)間尺度,提出了基于抑制近壩支流水華的非汛期優(yōu)化調(diào)度準(zhǔn)則,并給出了不同水平年下的長(zhǎng)期優(yōu)化調(diào)度可行性和應(yīng)急調(diào)度空間。本文創(chuàng)新研究成果如下:第一,基于嵌入水體流速~藻類生長(zhǎng)關(guān)系式的CE-QUAL-W2模型,構(gòu)建三峽庫(kù)區(qū)干流-香溪河垂向二維富營(yíng)養(yǎng)化模型,利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行率定;通過率定工況下的干支流交換摻混特征分析,初步得到溫差剪切分層流和水庫(kù)調(diào)度是影響香溪河水華暴發(fā)過程的主要因素。第二,基于溫差剪切分層流理論和異重流理論,提出量化溫差分層流特性的特征值,研究不同干支流初始水溫差下分層流的形成和發(fā)展過程;分解復(fù)雜分層流類型,分別研究單一類型和多類型分層流遭遇下的藻類輸移過程;結(jié)合典型分層流類型研究支流來流對(duì)水華暴發(fā)過程的影響規(guī)律;結(jié)果表明:(1)溫差分層流的潛入量、潛入距離和潛入深度均與干支流初始相對(duì)密度呈正相關(guān)關(guān)系;(2)香溪河非汛期水華易發(fā)時(shí)期,分層流類型對(duì)水華暴發(fā)的影響表現(xiàn)為:多種不利分層流連續(xù)遭遇造成藻類在回水區(qū)內(nèi)往返輸移,致使藻類有充足時(shí)間大量生長(zhǎng);(3)增加支流來流整體上對(duì)抑制水華有利,但對(duì)于香溪河非汛期水華易發(fā)時(shí)段的分層流特征,增加支流來流的作用十分有限,應(yīng)通過干流潛入流的調(diào)節(jié)改善支流水動(dòng)力條件進(jìn)而達(dá)到抑制水華的目的。第三,結(jié)合實(shí)際調(diào)度規(guī)則,將三峽水庫(kù)非汛期調(diào)度方式概化為短期、中期和長(zhǎng)期三種;研究單一調(diào)度因子改變下,不同日泄流過程、水位蓄放過程以及調(diào)度時(shí)機(jī)對(duì)支流水華暴發(fā)過程的影響規(guī)律;結(jié)果表明:調(diào)峰,相同谷荷流量下增加調(diào)峰幅度,低谷荷流量和高調(diào)峰幅度組合的日泄流方式,相同調(diào)峰幅度下增加谷荷流量,水庫(kù)蓄水過程以及增加升水位日變幅,能夠起到加速藻類逆時(shí)針輸移過程和降低藻類生長(zhǎng)率的作用,有效降低水華暴發(fā)水平;以最短調(diào)度時(shí)間達(dá)到最大效果為原則,藻類復(fù)蘇期開展調(diào)峰至增長(zhǎng)中期結(jié)束,復(fù)蘇期末開展升水位調(diào)度至增長(zhǎng)峰值后結(jié)束,增長(zhǎng)峰值后開展降水位調(diào)度,是抑制水華的最佳調(diào)度時(shí)機(jī)。第四,按時(shí)間尺度,從長(zhǎng)期和應(yīng)急兩方面開展基于抑制近壩支流水華的三峽水庫(kù)非汛期優(yōu)化調(diào)度研究:(1)在三峽電站常規(guī)電力調(diào)度規(guī)則基礎(chǔ)上,提出在水華易發(fā)時(shí)期3~5月份,根據(jù)上游來流情況,在滿足最小下泄流量和后期水位消落以及不棄水的原則下,盡可能開展蓄水調(diào)度;(2)通過實(shí)例驗(yàn)證了優(yōu)化調(diào)度準(zhǔn)則能夠同時(shí)達(dá)到改善支流水質(zhì)和提高非汛期發(fā)電量的雙重目的;(3)根據(jù)三峽水庫(kù)歷史徑流資料,分析不同典型年執(zhí)行優(yōu)化調(diào)度的可行性,得到以3~5月為調(diào)度期時(shí),較豐水年可行性最高;以4~5月為調(diào)度期時(shí),特豐水年可行性最高;即水量充沛且年內(nèi)分配均勻的年份具有較高的調(diào)度可行性;(4)針對(duì)近壩支流春季突發(fā)水華事件,提出水華預(yù)警和應(yīng)急處置策略;綜合考慮三峽入庫(kù)徑流過程、電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、機(jī)組最大下泄能力和水位日變幅等因素,提出應(yīng)急調(diào)度空間計(jì)算方法,計(jì)算實(shí)例表明非汛期徑流分配均勻的較豐水年具有最大的應(yīng)急調(diào)度空間。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TV697.1
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本文編號(hào)：2597317