大型水庫水溫結(jié)構(gòu)特征數(shù)值模擬及下泄水生態(tài)影響研究——以三峽水庫為例.pdf

1、隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展,對(duì)能源的需求量也越來越大,我國(guó)傳統(tǒng)的能源是煤炭、石油、天然氣等,這些能源不僅儲(chǔ)量有限、利用率低,而且對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定污染,能源和環(huán)境保護(hù)問題已經(jīng)成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要因素,相比傳統(tǒng)能源,水電能源因具有清潔且可循環(huán)利用的特點(diǎn)而具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì),為合理開發(fā)利用水資源,我國(guó)有一大批已建、在建及待建的大型水庫,這些水庫在防洪、發(fā)電、航運(yùn)等方面發(fā)揮巨大的作用的同時(shí),也不可避免的帶來了一些負(fù)面環(huán)境效應(yīng),水溫分層便是

2、其中之一。水溫分層將導(dǎo)致水體垂向交換減少,水體底部供氧不足,水體環(huán)境惡化,這對(duì)水庫水生態(tài)環(huán)境必將是個(gè)致命危害,當(dāng)分層消失后,底部污染物濃度較高的水體會(huì)被交換到中上層并通過泄洪設(shè)施下泄,同時(shí)由于水庫的“滯溫”作用,蓄水后下泄水溫與建庫前天然河道相比具有一定的延遲性,從而對(duì)下游生態(tài)環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生影響。
　　基于以上原因,本文建立了大型水庫庫區(qū)立面二維水溫?cái)?shù)學(xué)模型,并利用實(shí)測(cè)資料對(duì)模型的主要參數(shù)進(jìn)行率定和驗(yàn)證,然后預(yù)測(cè)三峽水庫在達(dá)到正常運(yùn)

3、行狀態(tài)后不同典型年(枯水年、平水年、豐水年)下庫區(qū)水溫分布特性,分析庫區(qū)水溫結(jié)構(gòu)分布規(guī)律和演變過程,得出下泄水溫過程線,結(jié)合水溫對(duì)中華鱘繁殖的影響機(jī)制,分析不同典型年下泄水溫對(duì)中華鱘首次產(chǎn)卵時(shí)間的影響,主要內(nèi)容及研究成果如下:
　　(1)系統(tǒng)開展國(guó)內(nèi)外大型水庫庫區(qū)水溫分布規(guī)律相關(guān)文獻(xiàn)的收集與整理,全面分析影響水庫水溫分布結(jié)構(gòu)的主要因素,總結(jié)經(jīng)驗(yàn)估算法及數(shù)學(xué)計(jì)算模型方面的研究成果;收集水動(dòng)力、水溫、氣象、運(yùn)行調(diào)度方式等實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),為模

4、型的率定和驗(yàn)證提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。
　　(2)建立大型水庫庫區(qū)立面二維水溫?cái)?shù)學(xué)模型,利用敏感性分析確定主要參數(shù),根據(jù)實(shí)測(cè)資料對(duì)模型主要參數(shù)進(jìn)行了率定和驗(yàn)證,根據(jù)率定的參數(shù)計(jì)算了三峽水庫在典型年下庫區(qū)立面二維水溫分布特性,結(jié)果表明:不同典型年下三峽水庫靠近庫尾階段全年無明顯的分層現(xiàn)象,水溫分布受上游入流流量影響較大,而壩前水體水溫分布具有明顯的季節(jié)特性,三峽水庫全年為混合型水庫,全年僅在升溫期的4-6月份可能存在短暫的弱分層現(xiàn)象,不同

5、典型年表底層溫差最大值均出現(xiàn)在5月份,枯水年為10.37℃,平水年為10.29℃,豐水年為9.81℃,表明三峽水庫正常蓄水后將會(huì)對(duì)庫區(qū)水溫分布產(chǎn)生一定的影響。
　　(3)三峽水庫下泄水流水溫與蓄水前壩址處天然河道水溫及氣溫相比具有延遲性,春、夏季低于天然水溫,秋、冬季高于天然水溫,對(duì)下游水生生物及農(nóng)作物的繁殖生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的影響。通過相關(guān)性分析表明葛洲壩的興建對(duì)宜昌水文站水流水溫的影響很小,可以忽略不計(jì),而三峽水庫的蓄水使得寸灘水文

6、站與宜昌站水流水溫的相關(guān)性變小,說明三峽水庫正常蓄水后較顯著地改變了下泄水溫。以中華鱘為研究對(duì)象,結(jié)合中華鱘歷年產(chǎn)卵所需水溫資料論述了中華鱘繁殖對(duì)水溫的需求,選取三峽水庫的下泄水溫作為葛洲壩下游產(chǎn)卵場(chǎng)的水溫來評(píng)價(jià)下泄水水溫對(duì)其首次產(chǎn)卵時(shí)間的影響,中華鱘繁殖季節(jié)為每年10月中旬至11月中旬,在10月中下旬尤為集中,適宜的水溫是中華鱘產(chǎn)卵的必備條件之一,中華鱘產(chǎn)卵的水溫變動(dòng)范圍為16.1-20.6℃,尤其以18.0-20.0℃為最佳;計(jì)算結(jié)

7、果表明此時(shí)段下泄水溫與中華鱘適合產(chǎn)卵的水溫相比略有偏高,使得中華鱘首次產(chǎn)卵的時(shí)間在不同的水文特征年份出現(xiàn)不同程度的推遲,其中枯水年推遲約14天,平水年13天,豐水年5天。
　　(4)通過計(jì)算及分析可知:按照三峽工程初步設(shè)計(jì)階段時(shí)的調(diào)度方式,三峽水庫庫區(qū)水溫可能會(huì)發(fā)生弱分層現(xiàn)象,這樣會(huì)對(duì)水庫庫區(qū)及下游生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利的影響,為消除不利影響有必要開展一些水庫生態(tài)調(diào)度措施來減緩水溫分層及低溫水下泄影響,以保障中華鱘及其它水生生物繁殖與生