向家坝水库水温时空特征及其成因分析

水温是水环境评价的重要因子之一,其对水生态系统中的物理、化学和生物过程起着重要作用。为了分析向家坝水库运行期内的水温分布特征及其成因,本文建立CE-QUAL-W2立面二维水温模型,并基于2014年野外原位监测水温数据对模型可靠性进行了验证,应用其对水温分布进行数值模拟。研究发现向家坝水库水温存在季节性垂向分层,4~6月中上层水体(水深0~60 m)受入流水温和气温回升影响迅速升温,表底温差达10℃,垂向分层加剧;7、8月水库泄洪加快了库区水体交换,底层水温迅速升高,中间等温层水体厚度增加,表底温差减小在2℃内,9月以后表底温差进一步缩小,垂向水温分层逐渐消失。通过分析发现:气象要素、入流水温、电站取水口高程、泄洪方式成为影响向家坝水温分布的主要因素。入流水温的变化只影响水库水温波动范围,对其垂向分层结构影响较低;表层水温受气象条件影响显著;取水口高程和泄洪方式决定了水温的垂向结构。     

基于CE-QUAL-W2模型的龙川江支库富营养化预测

支库水体由于流速缓慢、水温高且营养物质易于富集,较主库更易发生富营养化。通过立面二维水动力学和水质模型(CE-QUAL-W2)对金沙江乌东德水库蓄水(2020年)后龙川江支库的富营养状况进行了预测。结果表明:在水位较高的春季4月和汛末蓄水期8~9月,大于60%河段的表层水体中Chl-a浓度均超过64mg/m3,该时期富营养化风险较大;而在水位快速下降的泄水期5~7月及水温较低的冬季12~2月库区Chl-a值均未达到26mg/m3,富营养化风险相对较小。在此基础上,对影响支库藻类生长的主要因素进行了分析,在库区营养盐浓度均较充足的4月和8月,由于靠近河口段表层水域存在较为明显的水温分层及缓慢的流速,藻类在此区域大量聚集,且汇口处Chl-a浓度较上游库尾处来流分别提高了近70倍和100倍;干流对支流的倒灌影响有时会为支库提供有利于藻类生长的水动力和水温条件,并其也是龙川江支库营养盐的一个主要来源。通过对乌东德单独运行时的调度情景和削减入流营养盐的数值模拟表明,采用降低水库运行水位或"双重营养盐削减"的措施,均能够有效的达到制约支库库区富营养化的目的。     

基于EFDC的二滩水库水温模拟及水温分层影响研究

采用EFDC模型模拟二滩水库2006年3～7月的水温变化过程。通过分析与热交换和热传递相关的模型参数,发现太阳短波辐射中快速波所占的比例和太阳短波辐射在水体中的慢速衰减系数这两个参数值的增大均会引起表层水温升高、底层水温降低,而太阳短波辐射在水体中的快速衰减系数对水温的影响并不明显。将不同时期坝前水温和不同断面水温的模拟值和观测值进行比较,以率定模型参数。结果显示EFDC模型能较好地模拟出大型深水库不同时期水温分层结构及沿程发展变化过程。在此基础上,分析该水库的水温分层规律,并结合水库取水规则对比分析建库前后下游河道水温的差别,以期为水库取水设计和运行管理提供科学参考,以此来减缓水库水温分层带来的影响,保护下游河道生态环境和水生生物的多样性     

虎跳峡水库蓄水对水温的影响分析

虎跳峡坝址为金沙江流域上下游鱼类的分界处,水生生境敏感而脆弱。科学预测水库蓄水对水温的影响,对于研究水库兴建对水生生物的影响,保护金沙江流域鱼类资源,探讨水库泄水对下游农田灌溉作物的影响具有重要意义。综合应用多种水库水温预测模型和方法,对虎跳峡水库蓄水后对库区和下游河道水温的影响进行了预测,并分析了水库泄水对下游灌溉作物的影响。结果表明,虎跳峡水库蓄水后库区水温比蓄水前明显升高,正常蓄水位1 950 m和2 010 m两个方案库区年均水温分别增加5.9℃和5.6℃,且6月～次年1月水温增幅较大;4～9月水库泄水水温比天然河段水温分别低3.5～6.2℃和3.3～7.1℃,两个方案都将对坝下采用干渠取水灌溉的农田作物带来一定的影响。     

江家口水库修建对下游河道水温情势影响分析

研究水库修建对于下泄河道水温的影响,掌控水库、下泄水温以及河道水温的变化规律,对于工程的生态环境修复以及河道生物多样性具有重要意义.采用宽度平均的立面二维水温模型对江家口水库库区水温分布及下泄水温规律进行模拟,采用纵向一维水温模型对不同水平年坝下河道的水温进行数值模拟,重点研究坝下23.6 km处鱼类国家级水产种质资源保护区内水温情势的变化.结果 表明,库区水温出现明显的分层状况,导致下泄水温在河道中表现为显著的“滞冷”“滞热”现象,春夏降幅最高可达3.6℃,秋冬升幅最高可达4.1℃.通过纵向一维水温模型考虑有无支流汇入的影响下,计算了沿程水温的变化,发现由于流水河段支流汇入和太阳辐射等影响下,沿程河道水温得到有效缓解,保护区处的水温已然接近天然水温,并未显著改变保护区原有鱼类所需的水温环境,不会对保护区鱼类的正常生长繁殖产生不利影响.     

水库渗漏水流溶解氧与水温沿程恢复的试验研究

水库底层低温低氧水从坝体下泄或渗漏,可能对下游生态产生不利影响。通过对湖北温峡水库下游温峡河225 km河段的野外试验,测量溶解氧、水温等指标的日变化和沿程变化,开展复氧试验研究阶梯深潭结构和沙洲对溶解氧的影响,并取样分析大型底栖无脊椎动物的沿程分布。结果表明,流速对水温与溶解氧日变化规律无明显影响。试验河段水温和溶解氧恢复很快,经过17 km的河段,水温从123℃升高至300℃,且溶解氧饱和度基本达到饱和。河宽对水温恢复起重要作用,对溶解氧影响较小,对复氧速度基本无影响。流量通过改变淹没程度影响阶梯深潭的复氧能力。溶解氧在沙洲下游存在横向分布,滞水区溶解氧高于左右汊道。溶解氧是水库下游水生态的控制因素,物种多样性随溶解氧的升高而增加     

梯级水库叠梁门分层取水水温改善效果的衰减

分层取水是国内目前改善水库下泄低温水不利影响的重要工程措施。为明确叠梁门分层取水措施在梯级水库开发河段的衰减效果,以金沙江下游4个梯级水库为研究对象,采用宽度平均的立面二维水温数学模型,定量研究梯级水库联合调度条件下上游水库采取分层取水措施后对下游水库水温的影响。结果表明：乌东德水库采用叠梁门取水对改善低温水效果有限,白鹤滩水库采用叠梁门取水后下泄低温水现象得到明显缓解;对于白鹤滩下游溪洛渡和向家坝的下泄低温水,受白鹤滩分层取水影响的改善效果略有减弱,其中向家坝4、5月下泄水温可升高0.8℃和1.0℃。乌东德采用叠梁门取水对改善溪洛渡和向家坝下泄水温几乎没有影响;在梯级水电开发中,分层取水措施应尽可能实施在强调节能力水库上。     

水布垭水库水体碳时空变化特征及其影响因素分析

为了评估大型水库对河流碳循环的拦截作用,选择清江流域最上游水布垭水库为典型案例,采用德国元素公司vario TOC分析仪对定期采集水样进行分析,研究新建大型水库水体碳时空分布特征及其影响因素。结果表明,水布垭水库表层水体总碳、总无机碳、溶解有机碳和颗粒有机碳平均含量分别为26.665、24.089、2.141和0.438 mg/L,在水库年内蓄水阶段呈现显著的峰值,其空间分布格局在支流库湾和坝前典型断面表现出显著的差异,在水体碳中总无机碳占据主导地位,与湖泊水体碳时空分布特征极为相似。由于受到人类活动和自然环境的双重影响,水体无机碳则与水体电导率指标具有较强的相关性,溶解有机碳则与水体温度具有直接的关系,而数量最少的颗粒有机碳则与水体叶绿素含量具有弱相关关系。研究成果可以为理解水库碳循环过程机制提供数据支持,对于开展大坝建设的河流碳循环影响评估具有重要参考意义。     

浮桥河水库浮游植物的多样性及其演变

1997年4月至1998年1月对浮桥河水库浮游植物状况进行了调查,结果表明:该水库常见浮游植物约189种,隶属于8门92属,其中硅藻门25属64种,绿藻门39属79种,蓝藻门17属30种,甲藻门、隐藻门、裸藻门、黄藻门及金藻门种类较少。其个体密度年平均为44.9×104ind/L;生物量年平均为6.439mg/L,其中蓝藻占33.37%,硅藻和绿藻分别占20.68%和20.16%,甲藻占16.31%。浮游植物现存量的季节变化表现为从春季开始平稳上升,至秋季达到最大值。蓝藻、硅藻、绿藻等主要种类的季节变化按生物量大小依次为:秋季夏季春季冬季。浮游植物现存量的水平分布为上游最高,中游次之,下游最低,库汊低于中游而略高于下游。群落的相似性表现为上、中游相近,下游和库汊相近。群落的物种多样性根据计算Shannon-Weiner指数为上游最大,其次为中游,下游再次,库汊最低。与1980年的调查结果相比较,浮桥河水库浮游植物种类小型化明显,生物量增加2.5倍。     

回归分析综合模型在农用地定级估价中的应用

为了使农用地级别划分和基准地价评估真正统一，以黄金坪水电站水库淹没区为例，将淹没区农用地划分为119个定级估价单元，在Arcmap／info，SPSS软件技术平台上，用回归分析法建立水库淹没区农用地定级因素与纯收益之间关系的综合模型，划分农用地级别，然后用收益还原法计算各级别基准地价。结果为：估算纯收益与实际纯收益间绝对误差为0．05元／m^2，相对误差为13．85％，相关系数达0．86；一级地价23元／m^2，二级地价19元／m^2，三级地价15元／m。，四级地价12元／m^2。表明：回归分析综合模型在淹没区农用地定级估价中取得了较理想的效果，使定级估价数据资料直接共享，省去了专家确定权重的难关，适合水库淹没区农用地市场不发育的现状。     

梯级开发对河流径流过程和水温过程均化作用的研究

长江中上游干流及主要支流正在大规模地进行水电开发,随着这些梯级水库群的建设,自然河流中具有重要生态意义的流量过程和水热过程发生变化,导致流量和水温均化,引起了一些河流生态环境问题。根据现有资料统计,结合金沙江下游正在建设的溪洛渡和向家坝水电站,对比分析了梯级水电工程径流调节后与天然过程的差异程度,探讨了河流径流过程和水温过程均化现象对生境的影响。将均化系数λ引入,定量计算了水库调节对天然径流的均化作用;采用宽度平均的立面二维k-ε水温模型,初步分析了梯级水电工程对水温过程均化作用。最后提出减小梯级水库对长江生态环境影响的对策和建议.     

社会产品价格对水价的敏感性——基于虚拟水贸易框架的分析

虚拟水贸易是缺水地区从社会经济系统层面解决水资源短缺问题的一种策略选择,但由于长期的低水价,致使很多国家和地区的现实经济模式与虚拟水贸易战略的预期相悖.文章基于水资源投入产出分析方法,构建虚拟水贸易理论框架下的水价敏感性模型,分析水价上涨对各产业产品价格带来的影响.模型结果显示,区域水价提升对各产业产品价格的影响不仅在于该产业直接用水成本的上升,同时也不得不承受其他产业成本上升带来的间接影响,并且这两种影响作用是累加的.宁夏数据的实证得出,水价上涨对农业产品价格的影响最为强烈,批发和零售贸易餐饮业次之,对服务业产品价格的影响最弱.因此,可通过制定合理的水价调整策略,激励水资源极度缺乏的地区实施虚拟水贸易战略,避免过分强调传统的重农发展模式,促进产业结构向先进制造业和服务业转变,实现有限水资源更为合理的利用模式,达到经济发展与水生态的和谐局面.     

溪洛渡水电站叠梁门取水方式减缓下泄低温水的优化调度

大型水库常采用叠梁门取水方式作为改善春季下泄低温水的有效手段,但现有的叠梁门调度方式基本为全年使用,可能加剧水库冬季下泄高温水现象,且影响到春季的水温改善效果。提出根据下游鱼类对水温的需求时段来确定叠梁门的启用时段,对金沙江下游的溪洛渡电站水库水温进行了研究,结果表明,分时段采用叠梁门取水可有限程度地提高春季的下泄水温并避免冬季下泄水高温现象的进一步加剧。同时,也研究了河流梯级开发对叠梁门应用的影响,发现水库调节性能、梯级开发、人工调度等带来的下游入库水温平坦化,以及溪洛渡水库的过渡型水温结构,使叠梁门对水温的影响显著减弱.     

黑龙滩水库氮磷平衡与富营养化评价

黑龙滩水库氮磷的输入包括东风渠、水面降水、农田径流、网箱养鱼、旅游、周围居民及地下水输入等。T N每年输入 10 76 .95t,T P每年输入 5 2 1.2t。T N的输入 ,农田径流、东风渠和网箱养鱼是主要输入源 ,其中农田径流占T N输入的 5 5 .41% ,东风渠占到 32 .8%。T P输入 ,主要由农田径流控制 ,占到 93.48%。黑龙滩水库氮磷支出有干渠输出 ,水库渗漏 ,网箱养鱼以及大水面捕获鱼所带出的氮磷量。T N每年输出 182 .82t,T P每年输出 13.0 3t。每年水库随水输出的氮磷量不大。大约有 893.99t的氮 ,5 0 8.17t的磷存留水库中 ,它们大部分以颗粒吸附态的形式沉积于水库底部、少部分溶解态N·P存留于库水中。基于水库中不同点连续 17个月采样的水质数据 ,选择SD、CODCr、T N、T P和Ch·a等五个水质指标进行富营养评价 ,得出黑龙滩水库处于中营养水平 ,有产生富营养化的潜在危险。与以前所测数据相比 ,水库的富营养化的趋势在加重。管理者应加强控制农田径流污染的工作 ,才能预防水库富营养化的发生     

《巴黎协定》下中国燃煤发电耗水压力的长期评估

水资源匮乏问题越发严重的背景下,电力部门对水资源需求仍不断增加。该研究基于世界资源研究所（WRI）开发的“水道”水风险地图集定义了煤电机组耗水压力指数（煤电机组耗水量与当地可用水资源总量的比值）,并基于微观煤电机组数据库,在全球2℃温升目标下考虑机组是否提前退役以及有无新增装机两种情况,设定了4种不同的煤电逐步退出情景来评估它们对中国煤电机组耗水量及耗水压力空间分布变化的影响。分析结果表明：①2019年中国煤电机组总耗水量约48.29亿t,全国有近1/3的省份耗水压力为极高等级,且主要集中在黄河中下游及淮河流域等北方地区。②煤电机组耗水量与煤电有无新增容量趋势一致,在无新增装机的S0、S2情景下,机组耗水量呈持续下降趋势,而有新增装机的S1、S3情景下,机组耗水量于2025年达峰后开始下降。③碳中和目标约束下煤电装机逐步退出,随着煤电耗水量不断减少,耗水压力将逐年减弱,且高耗水压力区逐渐向长江、黄河中下游等东部地区汇集,最终于2050年前后煤电耗水压力指数均降为低等级。④若在现役机组的基础上无新增装机且煤电机组因碳约束部分提前退役,则到2050年可累计节约近171.07亿t水,按现行水价折合约558亿元人民币;若在现有基础上严控煤电新增,则到2050年煤电机组提前退役可比自然退役情况下累计减少共557.39亿t的水资源消耗,约1 817亿元人民币。依据研究结果认为,提高燃煤电厂的水资源利用效率,合理制定远期的煤电有序退出路线图,有利于从根本上降低煤电发展对水资源的影响。     

Comprehensive emergy evaluation and optimization of corn straw power generation system: a case study

Biomass energy has become an important measure to alleviate ecological environment security and energy supply security in China. Emergy accounting method is used to analyze and evaluate economy, environment, and sustainability of corn straw generation system, which includes corn planting subsystem, collection and transportation subsystem, and corn straw power generation subsystem. The key substances that need to be optimized in the system are identified by using sensitivity analysis. Based on the position of key substances in the system, emergy accounting optimization methodology is conducted. Corresponding optimization design scheme is proposed based on the “3R” (reduce, reuse, and recycle) principle of circular economy. Current study shows that emergy yield ratio, emergy investment ratio, environmental loading ratio, and emergy sustainability index of the corn straw power generation system are 3.69, 2.68, 1.61, and 2.29, respectively, which are better than wind power generation system and thermal power generation system. In addition, it is proposed that the fertilizer alternative plan and the transportation redesign plan can replace 50,000 tons potash and reduce equipment resources by 20% and energy resources input by 30%. Economy and sustainable development of the system is significantly improved. The optimization design method based on the “3R“ principle proposed in this paper can provide a useful reference for the research in the field of resource recycling.     

乌江干流中上游水电梯级开发水温累积效应

以乌江流域洪家渡库尾至乌江渡坝下的水电工程干扰典型段为研究区域,利用建坝前后的水温实测资料,采用建坝前天然水温和建坝后下泄水温比较法,对乌江干流梯级水库水温时空分布特征进行分析。研究结果表明：对天然水温改变最大的电站为洪家渡和乌江渡,前者是受水库水温结构自身影响,后者是梯级联合运行的结果;梯级联合运行使库区水温分层有所减弱,随着时间的推移或上游梯级电站的建成,电站下泄水温年变化过程趋于均化,与天然水温的延迟也越加明显;不同的水库水温结构对水温累积效应的影响也各不相同,稳定分层型水库对水温累积具有正效应,混合型水库具有负效应,过渡型水库处于两者之间,体现了梯级电站的水温累积影响,为研究减缓下泄低温水的对策措施提供依据和参考。