云南某大型水库及其灌区水温影响研究

云南某大型水库为季调节水库.采用宽度平均的立面二维水温数学模型对典型平水年的水库水温分布、下泄水温及其灌溉干渠沿程水温进行了预测和分析,结果表明:该水库水温结构呈过渡型水温结构和季节性水温分层现象,其中2—5月存在表层温跃层,分层现象较明显,垂向最大温差3.3℃.水库运行对下游水温过程有一定程度的春夏季低温水影响.下泄...     

滇中引水输水干渠与充蓄水库水温影响研究

采用类比实测法对输水隧洞沿程水温变化进行分析,采用CE-QUAL-W2模型研究了最大充蓄水库九龙甸水库的水温垂向分布特征,得出以下结论:隧洞输水水温沿程增温率为-0.055℃/100km,据此计算出滇中引水输水干渠全段温降为0.4℃;滇中引水充蓄后,九龙甸水库为季节性水温分层型水库,其中3—8月出现水温分层,表层和底层...     

基于DRYESM模型的红枫水库水体热分层特征及关键控制因素模拟研究

水温结构是湖库生态系统演化的重要基础,热分层稳定性对深水湖库水体物理、化学和生物演化具有重要影响,因此研究水体热分层特征及关键控制因素具有重要意义。本文运用DYRESM水动力模型模拟了红枫水库2014年全年的水温变化特征,并对影响水体热分层结构的关键控制因素进行了探究。结果表明:1) DYRESM水动力学模型可有效模拟红枫水库的水体热分层特征及时间演化规律,可准确预测水体热分层形成和消亡的时间及去分层强度。2)气温变化对水库水体热分层具有明显影响,增温可加速水体热分层的形成,造成温跃层下潜和去分层延迟;短波辐射的增强(40%)不会对红枫湖水温结构造成明显影响,但可导致去分层发生时间后延;风速是水体热分层稳定性的敏感因素,当风速增加40%后,热分层演化发生较大变化,表现在6～9月份中层及底层水温大幅升高(从9℃上升到14℃),去分层时间提前30天,相应造成分层期缩短。     

水库水温模型研究综述

大坝建设对天然河流水温具有重大影响,运用水温模型对电站建设后库区及下泄水水温的时空分异和变化规律进行准确分析和预测,对保护水生生态系统具有重要意义。水温模型在国内外水库水温分层结构和垂向水温模拟,以及涉及河流梯级电站开发的水温累积影响等研究中发挥重要作用。但是国内的相关研究大多建立在国外研发水温模型的基础上,应用时缺乏与之匹配的实测资料,极大地限制中国水库水温研究领域的发展。文章在回顾大坝水温模型发展过程和介绍最新主流水温模型的基础上,提出未来中国水库水温模型发展的方向。     

天目湖沙河水库热分层变化及其对水质的影响

为揭示亚热带水库热分层的季节性变化特征、影响因素及水质效应,以最大水深11 m的江苏溧阳天目湖沙河水库为例,基于对水库坝前区(TM1)3~11月逐时的水温监测及对该水库2009~2016年相关水质和气象指标监测,分析了该水库热分层的形成和消失时间、驱动因素及其对水质的影响.结果表明,天目湖沙河水库呈典型的亚热带单循环混合模式:春季随着太阳辐射的增强,水温逐渐升高,当表层水温升至21℃左右时,热分层稳定形成,在整个5~9月期间水体热分层十分稳定;秋季随着太阳辐射的减弱,水温逐渐降低,当表层水温降至19℃左右时,热分层基本消失,在10~4月期间水体呈混合状态.热分层期间,表层和底层的水温差随太阳辐射的增强而增加;日均气温超过30℃的情况下,水体热分层更加稳定;夏季强降雨过程降低了水体表层的温度、减弱了上层5 m水体的温度分层,但对5 m以下深度的热分层状况基本无影响.水温分层对水库水质产生一定的影响:热分层期间,底层水体处于厌氧状态,底层水体氨氮浓度明显增加;热分层消失后,底层水体溶解氧、总磷及悬浮颗粒物含量均增加.研究表明,对于四季分明的亚热带中等深度的水库而言,水体热分层主要受太阳辐射的控制,稳定的热分层有利于蓝藻门相关种属藻类的生长,热分层形成及消散阶段改变了沉积物的营养盐释放及供给水体的强度,对水体水质形成冲击.在水库水质监控及生态保护管理中,应关注热分层过程的不利影响,并探索相关灾害的防控技术.     

大连市英那河水库扩建工程运营后的主要环境问题预测及对策研究

英那河水库扩建工程运营后，大坝加高，出现了水库水体富营养化和水库水温分层现象。本文运用国内外推广使用的数学模型，对水库水温分层及水库富营养化的程度进行了预测，提出了水温分层对下游用水影响对策及控制水库水体富营养化的具体措施。     

英那河水库扩建工程运营后的环境问题及对策

对英那河水库扩建运营后，可能出现水库水温分层现象和水体富营养化等问题，采用合理的数学模型，对水库水温分层及水库富营养化的程度进行了预测，并提出水温分层对下游用水影响的对策及控制水库水体富营养化的具体措施。     

千岛湖湖泊区水体季节性分层特征研究

千岛湖是典型的亚热带人工深水水库.为了解水库的物理特征,于2011年对水库温度、溶解氧(DO)、pH值、浊度、有效光合作用辐照强度(PAR)和叶绿素a的季节动态和垂直分层结构进行分析,探讨水库水体季节性分层特征.结果表明,千岛湖水库表层水温在10.4～32.7℃,在4～12月间出现水体分层现象,在夏季形成明显分层,是典型的亚热带单混合水体.水温分层结构对DO、pH值、浊度、PAR和叶绿素a的垂直剖面变化有一定的影响作用.水体溶解氧出现显著的分层现象,且温跃层内DO浓度较低,冬季底层溶解氧出现暂时周期性缺氧;浊度在温跃层内达到最大值,其表层大小主要受降水的影响;叶绿素a含量表层含量较高,且温跃层以下水深维持较低水平,这说明水体分层对水库水质的变化起重要作用.此外,水体光合作用最强处在5～10 m左右,此深度适合藻类生长,这为分析千岛湖水体蓝藻暴发取样和分析提供了依据.     

抚仙湖夏季热分层时期水温及水质分布特征

为探究高原深水湖泊抚仙湖夏季热分层时期水温水质空间特征及昼间变化规律,于2014年7月在抚仙湖南部、中部及北部各选取一个代表点位,开展了各点分层采样及北部点位昼间连续分层采样调查观测.结果表明:(1)抚仙湖夏季水温分布具有明显的深水湖泊成层期温度分布特征,表面至水深15 m为变温层,水温变幅25.51~22.81℃,15~40 m为温跃层,水温变幅22.81~14.72℃,40 m以下为等温层,水温变幅14.72~13.70℃.湖体表层与湖底层的最大温差为11.8℃,与温带湖泊同期相比温差较小,而湖底等温层水温为14℃左右,较温带湖泊为高,体现了抚仙湖高原深水湖泊自身的水温成层特征.(2)水温成层决定了湖体的化学成层与生态成层特征:pH、溶解氧(DO)及电导率均呈现出与水温分布相同的分层结构,值得关注的是湖底层DO浓度低至2~3 mg·L~(-1),作为贫营养湖泊,抚仙湖底层开始出现溶解氧偏低的现象昭示着其可能面临潜在的生态风险;总磷(TP)及总氮(TN)由于温跃层的阻隔,等温层呈现一定程度的营养盐累积效应;叶绿素a与高锰酸盐指数也均与水温分层存在对应的响应关系,在湖体上层出现最大值.(3)抚仙湖热分层时期,水温分层存在昼间变化,中午光照辐射增强导致温跃层下潜,强度变大,厚度变窄,显著影响变温层和温跃层的pH、DO、电导率及叶绿素a等动态分布,TP、TN及高锰酸盐指数的昼间变化规律不显著.     

我国北方温带水库——周村水库季节性热分层现象及其水质响应特性

为揭示我国北方温带水库——周村水库水体季节性分层现象及其水质响应特性,于2014年7月~2015年6月对周村水库进行了37次采样,并对水体理化指标和浮游植物进行了原位监测.结果表明,周村水库在4~11月间处于水体分层,全年呈典型的温带单循环混合模式.水温分层对水库水环境的变化起着重要的作用,热分层引起的底层水体季节性缺氧,导致了沉积物中营养盐以及还原性物质的大量释放,其中热分层期底层水体总氮、总磷、锰和硫化物的平均值分别为1.18、0.11、0.47和0.48 mg·L~(-1);浮游植物垂向分布受水温分层的显著影响,热分层期上层水体浮游植物丰度较高,其均值为16.35×106cells·L~(-1),下层水体浮游植物丰度维持在较低水平.     

贵州高原红枫湖水库季节性分层的水环境质量响应

为了揭示贵州高原深水水库水体的垂直分层结构及其水环境质量响应特征,于2008年8月~2009年10月对红枫湖水库5个采样点进行了45次采样,对水文、营养盐等湖沼学变量季节动态和分布进行了分析,探讨了季节性水质恶化事件的发生机制.结果表明,红枫湖水库水体呈单循环混合模式,在4~9月形成分层,但没有典型分层湖泊的温跃层变化,这种不显著的分层导致了水化学的分层.叶绿素a、总磷、总氮和氨氮平均值分别为13.6mg/m3,0.063mg/L,1.22mg/L,0.347mg/L;透明度为1.9m.指示该水库处于中-富营养状态.分层期底层溶解氧在0.3~6.9mg/L之间、平均为2.6mg/L,氮磷质量比在8~104之间,表明红枫湖水库是一个底层滞留带季节性缺氧的高氮、磷限制型水库.贵州高原深水水库季节性水质恶化事件与水体分层结构失稳有关,是富营养化水库在气温骤降时发生“翻湖”所导致的结果,也是贵州高原深水水库富营养化的另一种表现形式.     

大冶水库夏秋季热分层对沉积物氮磷释放的影响

水库夏秋季节的热分层现象影响水体垂向交换和水-沉积物界面环境。为研究济南市大冶水库夏秋季节热分层现象对沉积物氮磷释放的影响,作者于2022年6-10月对水库进行现场监测及采集水样、沉积物,分析水体水温和溶解氧分层特征及氮磷营养盐分布情况,并结合室内模拟实验,研究热分层导致的缺氧环境对沉积物中氮磷释放速率及迁移转化的影响。结果表明：大冶水库在6-9月热分层现象明显,10月份分层现象消失,水库表层与底层的水温差最高可达15.6℃;水体溶解氧浓度随热分层结构的形成出现垂向分层,6-8月水库底层水体出现缺氧甚至厌氧现象,7月份溶解氧浓度低至0.84 mg/L;底层水体氮磷含量显著高于表层和中层,总氮和总磷含量约为表层水体的1.5倍和4倍;溶解氧是沉积物氮磷释放的重要驱动因子,室内模拟实验表明厌氧状态下总氮和总磷的释放速率约为自然状态的1.5倍,其中沉积物氮的释放以氨氮形式为主,铁铝结合态磷是潜在磷源。大冶水库内源污染引起的水质风险不容忽视。     

不同水温分层水库沉积物间隙水营养盐垂向分布与细菌群落结构的关系

为探究不同水温分层水库沉积物间隙水营养盐垂向分布规律及其与细菌群落结构的关系,运用16S rRNA高通量测序技术,分析了2018年1月澜沧江小湾、漫湾水库建库后沉积物细菌群落结构特征,并采用Cannoco软件对细菌群落与环境因子关系进行了冗余分析.结果表明,调查期间小湾水库水体表底温差3. 3℃,最大温度梯度为0. 2℃·m~(-1)属于分层水体,漫湾表底温差0. 1℃属于混合水体.小湾间隙水NH_4~+-N和NO_3~--N平均质量浓度分别为2. 233 mg·L~(-1)和0. 030 mg·L~(-1),漫湾分别为2. 569 mg·L~(-1)和0. 016 mg·L~(-1).间隙水NH_4~+-N在两个水库沉积物中均表现垂向向下增大的趋势,而NO_3~--N垂向变化则不明显但均在深层质量浓度最底,库区间比较来看,只有NO_3~--N具有极显著性差异,其中小湾明显高于漫湾.菌群分类发现,小湾与漫湾沉积物细菌群落具有相同的优势菌门和优势菌属,水温分层对间隙水营养盐及细菌群落结构无显著影响.而漫湾相比小湾沉积物中反硝化菌相对丰度更高,硝化菌和厌氧氨氧化菌相对丰度更低,同一库区沉积物深层中反硝化菌相对丰度较高,有机物降解菌、硝化菌、厌氧氨氧化菌和溶磷菌相对丰度较低,是造成沉积物营养盐库间差异和垂向差异的原因.     

破坏水库水温分层系统的能量效率估算:以金盆水库为例

为指导高效节能的破坏水库水温分层技术及系统的选择,需建立统一的能量效率基准.根据质量守恒和热量守恒定律,求出分层水库水体完全混合后的水温,计算水库水体混合前后的重心;采用库容以及与水温相关的密度等数据,对水深方向各微小水层的势能进行积分得到水体总势能,混合后水体总势能的增加量即为破坏分层所需的最小理论能量,应用耗电量估算法得到破坏分层所产生的最小碳排量;破坏分层系统的能量效率为破坏分层的最小理论能量与实际输入能量之比.以西安金盆水库为例,采用数值模拟方法计算不同水位下的水库库容,应用该方法估算了水库不同季节破坏分层所需最小能量和扬水曝气破坏分层系统的能量效率.采用数值模拟方法计算不同水位下的水库库容,计算破坏分层所需最小能量.结果表明随水体垂向温度梯度的增加而增大,在6~10月期间相对较高,7月达到最大值2432.08kW?h;该水库扬水曝气破坏分层系统的能量效率约为4%;在水温分层开始阶段运行破坏分层系统可有效降低破坏分层所需的能耗,减少碳排放量.     

水库分层取水方式减缓下泄低温水效果研究

大型水电工程的建设,特别是高坝大库的形成,对水库库区及河道下游的环境保护带来较大影响,为了减缓锦屏一级大型水库低温下泄水对下游河道省级保护鱼类的不利影响,提高3-5月份鱼类产卵期的水库下泄水温,对不同取水方式减缓低温下泄水的效果进行比较。该文运用三维水温模型模拟了锦屏一级水库采用叠梁门分层取水方案对下泄低温水的改善效果。模拟结果表明,锦屏一级水库水温有较明显的水温分层现象,其下泄水温相比建坝前坝址处天然水温有明显变化,主要表现为3-6月升温延迟,11月-次年2月降温滞后,对低温下泄水的改善效果,一层叠梁门取水方案取水效果相对较差,在鱼类产卵的3-5月,二层叠梁门和三层叠梁门方案下泄水温和河道天然水温比较接近,说明多层叠梁门取水方式对减缓锦屏一级水库低温下泄水的效果明显。综合生态保护、工程经济指标和施工难度,锦屏一级水库选择二层叠梁门取水方案较优。     

基于修正的两段法对某电站水库松散堆积体岸坡塌岸预测

水库塌岸是影响水电站库区移民工程的重要地质灾害问题,研究其塌岸模式、预测方法并预测最终塌岸宽度是十分必要的。通过对某水电站库区重点库段塌岸进行调查分析,该水电站库区塌岸模式以冲蚀磨蚀型和坍塌型为主;分析几种常用的塌岸预测方法,确定采用修正后的两段法预测该库区塌岸最终宽度;采用现场工程地质调查法、工程类比法等手段确定了库区塌岸预测参数,并对该水电站库区塌岸进行了预测,预测结果表明库区塌岸总长30.5km,塌岸预测最终宽度为5~50m。该研究可为库区移民工程提供重要依据。     

ELCOM模型在流溪河水库水温模拟中的应用

水温是湖泊水库生态系统的重要驱动因子,其结构特征对水生态系统中的物理、化学和生物过程起着重要作用。流溪河水库是位于北回归线上的大型山谷型深水水库,一座典型的热带亚热带过渡区水库。本文运用西澳大利亚大学水研究中心开发的三维ELCOM水动力学模型模拟了流溪河水库2008年7月23日到8月24日共32d的水温变化状况,并通过水温实测值进行了验证,模拟值与实测值的相关性R2值达到了0．8342,模拟值与实测值较为接近,ELCON模型较好地模拟了水温的日变化。最后对水温变化的原因和趋势进行了分析。     

曝气诱导内波破坏水库水温分层的过程与效果

针对传统的水库破坏分层技术的低效率、高能耗等普遍问题,研制了能模拟基于自然对流而形成水温分层的中试模型水库,研究了曝气诱导形成内波混合破坏水温分层的可行性,过程和效果.扬水曝气产生的周期性出流能作为扰动源,在分层水环境中诱导形成内波.内波频率及波幅与曝气量有关.在曝气量0.07~0.28m3/(m2·h),跃温层温度梯度0.29~0.48℃/m的中试条件下,内波破坏分层过程主要以减小表层和底层水温差别、驱使跃温层下潜、等温层变薄为特征,破坏分层的速度与曝气量正相关、与温度梯度负相关.内波通过垂向振荡和横向传播,促进不同温度的水层之间的热交换.相对传统的循环水流混合,在温度梯度约0.32℃/m和0.46℃/m的条件下,当曝气量从0.07m3/(m2·h)逐渐增加到0.28m3/(m2·h)时,内波混合可分别将破坏分层效率提高25.0%~40.0%和41.2%~60.0%.     

亚热带深水水库——龙滩水库季节性分层与富营养化特征分析

为揭示亚热带大型深水水库——龙滩水库水体季节性分层和富营养化特征,于2012年11月(枯水期),2013年4月(平水期)和7月(丰水期)对其环境因子及富营养化指标进行研究.结果表明:1龙滩水库分层结构呈不完全混合型湖泊特征,枯水期为单温跃层结构,表层至60 m为混合层,60~80 m为温跃层,80 m以后为永滞层.平水期和丰水期为双温跃层结构,表层到10 m为混合层,10~20 m为温跃层,20~40 m为混合层,40~60 m为次温跃层,60 m以后为混合层.2水温分层主导其它环境因子的分层结构,分层结构限制了水体上下对流,尤其永滞层的存在减少了内源污染的危害.3水库枯水期综合营养指数(TLI)在23.4~32.8之间,平水期在27.1~38.6之间,丰水期在26.0~45.1之间,均呈贫营养到中营养状态,其中总氮营养状态指数TSIc(TN)在60.3~72.5之间,呈富营养到重度富营养状态,氮磷比为107∶1,呈磷限制型.     

溶解氧对湖库热分层和富营养化的响应——以枣庄周村水库为例

为研究热分层和富营养化对湖库溶解氧变化特征的影响,于2014年1月~12月对周村水库水温、溶解氧、叶绿素以及初级生产力的季节变化及垂向分布进行了监测.结果表明:水温和溶解氧的分层期均为4~11月份;分层期叶绿素在20~50μg/L之间,初级生产力为2.16~2.23gO₂/(m³·d),光补偿点在1~3m之间;恒温层在5月中旬进入厌氧状态;由于光补偿点位置较高,5~8月份氧跃层位置为1~6m,高于温跃层上界面;而氧跃层位置偏高造成溶解氧在垂向上的极值一般在表层,且变温层溶解氧浓度梯度较大;9~11月份温跃层的下移使得氧跃层和厌氧区界面同时下移,厌氧区界面与温跃层上界面的位置变化始终同步,而氧跃层受水体耗氧作用的影响在热分层结构相对稳定时会再次上移.热分层和水体富营养化均对溶解氧的浓度和分布有重要的影响.