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。     

清江水布垭水电站对水温影响回顾评价

水布垭水库属于典型的深水型水库,对水温的影响是水布垭水电站建设的主要环境影响,也是环境影响评价关注的重要内容之一。利用水布垭水电站竣工环境保护验收调查实测资料,对水温影响进行回顾评价,结果表明水布垭水库在春季、夏季和秋季存在水温分层现象,尤其以夏季水库水温分层最为明显,水库呈现出明显的双温跃层结构,夏季垂向温差在11.0~18.8℃,春秋季在7.6~11.1℃,5-9月水库下泄水温比天然河道水温低0.6~4.4℃,水库运行后水温实测结果与环境影响评价报告预测结论基本一致,采用一维垂向水温模型对深水型水库进行水温预测是可行的。     

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。     

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.     

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.     

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.     

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。     

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。     

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.     

贵州高原百花湖水库湖沼学变量特征及环境效应

为了揭示贵州高原百花湖水库湖沼学变量特征及其与突发性水质恶化的关系,对百花湖水库的水文、营养盐及相关理化因子进行了调查.结果表明：百花湖水库表层水温在10.2～27.0℃之间,4—9月形成分层,水体分层结构为单循环混合模式;总氮（TN）、总磷（TP）、叶绿素a（Chl.a）和透明度（SD）分别为1.60mg·L-1、0...     

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...     

曝气诱导内波破坏水库水温分层的机理

采用自行设计的分层水库物理模型,在温度梯度分别为0.18~0.60℃/cm条件下,分析了曝气诱导内波破坏模型水库有限水体水温分层的过程,探究了跃温层下潜速度与内波特征参数的关系,揭示了内波破坏水温分层的机理.实验结果表明:分层水体完全混合之前,曝气诱导的内波一直存在于跃温层内部;内波波幅在跃温层中部较大、边缘较小.破坏分层期间,跃温层从初始位置逐渐下潜至底部时,下潜速度从0.24m/s逐渐减小到0.08m/s,但内波持续时间、周期、波幅分别约逐渐变大100%、200%和33%;同等条件下,跃温层下潜速度随着温度梯度的增加而减小;内波在模型水库有限分层水体横向传播过程中,并未发生破碎现象,内波主要依靠流体质点垂向的上下移动促使水体混合,与海洋等开放水体中内波破碎导致水体混合的传统机理不同.     

新安江水库河口区水质及藻类群落结构高频变化

水库库尾区的水环境多变,是水库生态系统突变的重要策源地.为探究大型水库水源地水环境演变特征及其突变的促发机制,以新安江水库为例,通过库尾河口断面18个月水质浮标的高频记录及3 d一次的藻类群落结构人工鉴定数据等,分析了气象水文过程影响下的水库库尾区的水温、溶解氧、浊度及营养盐等环境指标及藻类群落结构的高频变化特征,揭示了降雨、入流及季节温度变化等关键气象水文过程对水库水质及藻类群落结构的影响机制.结果表明:①在27 m深的河流入库区的水体温度和溶解氧存在明显的季节分层,相应水体藻类叶绿素a和营养盐等指标也同步发生分层,水温分层从气温达到14℃以上的3月中旬开始,至气温降至24℃后的10月中旬结束,期间较大降雨和入流多次破坏水温分层;②河道入库区水体氮、磷等营养盐变幅大,总磷浓度变幅为0. 011～0. 188 mg·L^-1之间,总氮浓度变幅为0. 75～2. 76 mg·L^-1之间,总磷和总氮中的溶解态占比分别为56%及88%,降雨入流对水体营养盐浓度影响巨大,3 d的累积降雨与水体氮、磷浓度显著正相关,3～6月(雨季)的营养盐含量明显高于其...     

热排放对水库溶解氧的影响

报道了电厂热排放对水库溶解氧的影响。结果表明,溶解氧含量随水温而变化,建立了T-DO回归方程.除深水库底层外,溶解氧含量通常不小于5.0mg/L.大伙房水库的自然生态环境特征是湖水的季节性分层和夏季底层贫氧.电厂热排放,表层水温增加,使湖水分层更加明显,热成层和化学成层的延长将导致夏季极端气象条件下湖下层氧的耗竭加强.     

季节性缺氧水库铁、锰垂直分布规律及优化分层取水研究

经多年对阿哈水库Ｆｅ，Ｍｎ污染的研究表明，Ｆｅ，Ｍｎ分布随着季节为化、水库水温分层而变化，呈现明显的垂直分布规律，高浓度Ｆｅ、Ｍｎ主要出现在水温分层期水库中、下层、与库底缺氧、ＰＨ下降，沉积物中的Ｆｅ、Ｍｎ向上覆水释放造成的二次污染等密切相关，为自来水厂优化分层取水提供了依据。     

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.     

金盆水库汛期高浊水径流的潜入及热分层水体水质响应

以西安金盆水库为研究对象,在汛期通过对河流区至库区的水温、浊度、DO和营养盐等水质指标进行连续监测,探究降雨径流的潜入规律及热分层水体水质动态响应特性.结果表明:在外界气温变化条件下,水库出现季节性热分层现象.汛期径流的汇入导致下温跃层消亡,热分层稳定性减弱;汛期径流水体携带大量颗粒态营养盐物质和泥沙以异重流形式潜入,其流态从过渡区的底层潜流向主库区间层流转变,潜入初期间层流厚度达20m.降雨早期异重流的潜入导致中下层水体的TN、TP、TOC显著增加,水体平均TN、TP、TOC、浊度最高分别超出平时0.2,2,0.6,16倍,水质呈现短时高污染负荷.底层潜流水体水温较高,大量沉降于沉积物中的颗粒态污染物分解速率加快,內源污染负荷进一步提高,底层水体中TN、TP、TOC浓度高达1.88,0.05,4.6mg/L;汛期可通过分层取水方案和排放高浊水来保障供水安全.     

温带季节性分层水库浮游植物功能类群的时空演替

为探究我国北方温带季节性分层水库浮游植物群落结构的时空演替特性,于2014年7月~2015年6月对山东枣庄市水源水库周村水库进行每月2次的分层采样分析,采用Renolyds和Padisák等提出的功能类群划分方法对水库浮游植物群落进行分类,并结合水库水文、水质,分析优势功能类群时空演替规律及其主要环境影响因子.结果表明:周村水库共检出浮游植物112种,隶属于7门63属,可划分为18个功能群类.周村水库浮游植物功能类群演替具有明显的季节性分布特性:其中夏秋季热分层期主要以鞘丝藻(Lyngbya sp.)、螺旋藻属(Spirulina sp.)等丝状蓝藻为代表的S₁功能类群占优势,而冬季混合期以梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)、针杆藻(Synedra sp.)等能适应低温、弱光的C+D功能类群为优势群落;浮游植物功能类群分布在垂向上并无较大差异.冗余分析(RDA)显示:热分层、降雨量和水温是影响浮游植物功能类群时空演替的主要环境因子.