西北地區(qū)梯級水庫群水溫分布規(guī)律及累積影響研究.pdf

1、梯級水電開發(fā)逐漸成為流域水資源綜合開發(fā)的大趨勢，對河道水溫影響問題也是梯級規(guī)劃和建設(shè)中水生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要內(nèi)容之一。為更好地規(guī)劃利用水資源，設(shè)定合理的水庫運(yùn)行方式，總結(jié)歸納水電站建設(shè)前后水溫分布規(guī)律，模擬梯級水庫群的庫內(nèi)水溫分布結(jié)構(gòu)，減小水電開發(fā)帶來的不利影響，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文選取西北地區(qū)黃河上游和漢江上游梯級水庫群為例，結(jié)合水庫原型觀測和三維數(shù)學(xué)模型的方式，采用不同湍流模型模擬庫區(qū)水溫，在有水質(zhì)影響的庫區(qū)采用水

2、溫水質(zhì)耦合模型，進(jìn)一步分析梯級水庫群水溫分布規(guī)律及其對河道水溫影響，揭示不同類型水庫對水溫的累積影響效應(yīng)，取得了以下主要研究成果：
　　（1）建立適用于黃河上游的三維水溫?cái)?shù)學(xué)模型，并利用龍羊峽、李家峽水庫的實(shí)測水溫?cái)?shù)據(jù)，進(jìn)行了水庫水溫模型的參數(shù)率定和驗(yàn)證，模擬水溫與壩前實(shí)測值吻合良好。同時(shí)，利用水溫模型中的懸移質(zhì)對流擴(kuò)散模塊，預(yù)測劉家峽庫區(qū)水溫分布，結(jié)果表明泥沙異重流導(dǎo)致劉家峽水庫夏季水溫近似呈混合狀態(tài)分布。
　?。?）分別

3、采用水溫模型中的Smagorinsky、標(biāo)準(zhǔn)k‐ε和混合k‐ε等3種湍流模塊，模擬預(yù)測了李家峽水庫升溫期和高溫期庫區(qū)水溫分布，對比庫區(qū)實(shí)測水溫資料，結(jié)果表明混合k‐ε湍流模塊的模擬結(jié)果與實(shí)測值的誤差最小，精度最高，為同類型水庫水溫模擬方法的選擇提供了參考。
　?。?）建立了三維水溫水質(zhì)耦合模型，以漢江上游安康水庫為例，選取NH3‐N和COD為水質(zhì)指標(biāo)，模擬“引漢濟(jì)渭”工程實(shí)施后安康水庫庫區(qū)水溫、水質(zhì)分布情況，因考慮了水質(zhì)、水溫和水

4、流流場的聯(lián)動效應(yīng)，耦合計(jì)算結(jié)果比單獨(dú)計(jì)算更與實(shí)際情況相符。進(jìn)一步結(jié)合豐、平、枯3種典型年入流條件，模擬的庫區(qū)水溫在冷季均呈混合狀態(tài)分布，暖季均呈弱分層狀態(tài)。耦合計(jì)算的壩前垂向水質(zhì)基本與水溫的分布規(guī)律一致，受溫度異重流影響，耦合預(yù)測水質(zhì)的分層狀態(tài)較單獨(dú)預(yù)測顯著。
　　（4）以黃河上游瑪曲至羊曲河段的規(guī)劃方案為例，采用混合k‐ε湍流模塊的水溫模型，研究龍頭水庫方案調(diào)整而引起的水溫累積影響變化。研究結(jié)果表明，4種方案段首寧木特、多松運(yùn)行

5、方式均比較類似，其庫區(qū)壩前水溫分布也基本一致，瑪爾擋和茨哈峽均為高壩大庫的類型，兩者壩前水溫分布也基本相同。寧木特（多松）、瑪爾擋和茨哈峽對水溫累積影響體現(xiàn)為協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)，羊曲體現(xiàn)了削弱減小的水溫累積效應(yīng)。對比4種方案，方案二、四的水溫改變幅度相對較小，對水溫的累積影響效應(yīng)弱于方案一、三，相對而言方案四的影響最小。
　?。?）以漢江上游河段為研究對象，分析河道水溫現(xiàn)狀，開展已建梯級石泉、安康的水溫影響回顧分析，采用水溫水質(zhì)耦合模型

6、，開展“引漢濟(jì)渭”實(shí)施后水庫水溫分布預(yù)測研究，關(guān)注梯級水庫全部實(shí)施后的水溫累積效應(yīng)，比較調(diào)水前后梯級水庫的水溫影響差異。研究結(jié)果表明，已建的石泉、安康水庫對河道水溫均有一定程度的改變，安康的水溫變幅更大。黃金峽、石泉和安康水庫水溫結(jié)構(gòu)基本為混合型分布，僅在個別月份存在弱分層；喜河、旬陽、蜀河和白河水庫的水溫結(jié)構(gòu)均為混合分布。黃金峽、石泉水庫呈現(xiàn)水溫累積增大效應(yīng)，在喜河水庫水溫累積影響有一定消弱，安康水庫水溫影響呈現(xiàn)了冷季水溫升溫顯著的累