【摘要】：三峽水庫建成后支流水華頻發(fā)所造成的環(huán)境問題,嚴重影響了庫區(qū)的生態(tài)環(huán)境和人民的用水安全,如何有效的防控治理水庫支流水華的暴發(fā),改善庫區(qū)支流水環(huán)境已成為當前三峽水庫水生態(tài)研究的聚焦問題�？紤]到湖庫水華防控常用的“治標法”與“治本法”,如物理法、化學法、生物法與截污納管等技術在操作實施和管理方面存在著局限性,并結合已有研究成果表明三峽水庫蓄水后支流水動力條件的改變是誘發(fā)支流水華的主要原因,基于“潮汐式”生態(tài)調度方法論,研究了以水力調控的方式,通過開展水庫生態(tài)調度進而達到防控支流水華暴發(fā)的目的,并根據生態(tài)調度計算結果提出了不同來水條件、不同水華暴發(fā)期的“潮汐式”生態(tài)調度方案。基于三峽水庫支流水體存在的特殊水動力條件是誘發(fā)支流水華的主要原因,確定了采用數(shù)據驅動模型對支流水華情勢進行預測的方法,通過優(yōu)化模型的預測因子,提出了以表征水庫調度過程的參數(shù):水庫運行時段、水庫水位,水位變頻,水位變幅為支流水華情勢的預測因子,以2010~2011年香溪河水華情勢的實際監(jiān)測數(shù)據為訓練預測樣本,以2012年的實測數(shù)據為驗證計算樣本,采用Bp神經網絡算法構建面向水庫調度過程的支流水華預測模型,其中預測值與實測值之間的相關性R=0.91657,即該預測模型能較準確的預測支流水華情勢。以水華預測模型和三峽水庫電力優(yōu)化調度模型嵌套,構建了防控三峽水庫支流水華暴發(fā)的生態(tài)調度模型,在對生態(tài)調度模型進行求解時,采用離散型動態(tài)規(guī)劃法,耦合以月為計算步長的長期優(yōu)化調度計算結果指導以日為計算步長的短期優(yōu)化調度計算的方式,對生態(tài)調度模型進行了求解;以水華預測模型為工具,結合不同時期的“潮汐式”生態(tài)調度方法,設置不同的“潮汐式”水庫調度工況,分析不同時期“潮汐式”生態(tài)調度的水位變化特征,總結了不同時期“潮汐式”生態(tài)調度方案的制定原則,結果。(1)春季“潮汐式”生態(tài)水位變化特點:春季水華期,提高抬升水位的幅度和持續(xù)時間能明顯降低支流水體中Chla濃度,因此,春季“潮汐式”調度應結合水文預報,減少小幅度的水庫水位波動,制造持續(xù)時間常、幅度大的“潮汐式”水位變化過程。(2)夏季“潮汐式”生態(tài)水位變化特點:多頻次的“潮汐式”水位波動調度過程對支流水華的防控有一定的效果,但效果并不明顯。故夏季“潮汐式”生態(tài)調度應優(yōu)先考慮防洪和減少水庫棄水,并利用水庫的防洪庫容和夏季汛期來水量大的特點,盡可能實現(xiàn)多頻次、大幅度的“潮汐式”水位波動調度過程。(3)秋季“潮汐式”生態(tài)水位變化特點:多頻次的“潮汐式”水位波動對秋季水華的抑制效果明顯,且小幅度降水位,大幅度漲水對秋季水華的抑制效果更佳。由于秋季水華情勢沒有春季、夏季水華嚴重,且持續(xù)時間短,結合水庫運行調度“蓄峰補枯”的原則,秋季“潮汐式”生態(tài)調度應優(yōu)先考慮在短周期內營造“小幅度降水、大幅度漲水”的水庫調度方式。結合不同典型水文年的來水條件下的水庫生態(tài)調度計算結果、不同時期水華暴發(fā)的持續(xù)時間與不同時期“潮汐式”水位波動的特征等,總結了不同來水條件、不同時期的“潮汐式”生態(tài)調度方案。(1)豐水年“潮汐式”生態(tài)調度方案(1)春季水華期,在進入3月份后,為保證下游航道運行的最小流量,當入庫流量穩(wěn)定大于5000 m~3/s時即可實施防控春季水華暴發(fā)的生態(tài)調度方案。如果生態(tài)調度開始時間在3、4月份,則考慮以16天為一次“潮汐式”水位波動的周期,施行:降水位,0.09 m/天,持續(xù)6天;升水位0.101 m/天,持續(xù)10天的水庫調度方案;如果生態(tài)調度開始的時間發(fā)生在5月份,考慮到三峽水庫的防洪功能,即需要在汛期到來之前騰空防洪庫容,開展周期為12天“潮汐式”生態(tài)調度,施行:升水位,0.186 m/天,持續(xù)4天,降水位,0.5 m/天,持續(xù)8天的水庫調度方案。(2)夏季水華期,結合汛期水庫水位的變化特點和支流水華情勢預警系統(tǒng),開展周期為9天的生態(tài)調度,且當支流水體中的Chla濃度超過20 mg/m~3時開始啟動生態(tài)調度。若生態(tài)調度開始時的初始水位超過150 m,施行:降水位,1.35 m/天,持續(xù)5天,升水位,1.07 m/天,持續(xù)4天的調度方案;若初始水位低于150 m,則施行:升水位,1.35 m/天,持續(xù)5天,降水位,1.07 m/天,持續(xù)4天的生態(tài)調度方案。(3)秋季水華期,當水庫運行調度進入秋季蓄水期時,開展周期為10天的秋季“潮汐式”生態(tài)調度,具體施行:降水位,0.28 m/天,持續(xù)3天,升水位,0.44 m/天,持續(xù)7天。(2)平水年“潮汐式”生態(tài)調度方案(1)春季水華期,春季“潮汐式”生態(tài)調度方案制定的原則同豐水年一樣。如果生態(tài)調度開始時間在3、4月份,則考慮以16天為一次“潮汐式”水位波動的周期,施行:降水位,0.09 m/天,持續(xù)6天,升水位0.487 m/天,持續(xù)10天的水庫調度方案;如果生態(tài)調度開始的時間發(fā)生在5月份,建議采用開展周期為12天“潮汐式”生態(tài)調度,施行:升水位,0.33 m/天,持續(xù)4天,降水位,0.93 m/天,持續(xù)8天的水庫調度方案。(2)夏季水華期,生態(tài)調度的啟動機制與豐水年一樣。結合支流水華情勢預警系統(tǒng),開展周期為9天的生態(tài)調度,且當支流水體中的Chla濃度超過20 mg/m~3時開始啟動生態(tài)調度。若生態(tài)調度開始時的初始水位超過150 m,施行:降水位,1.16 m/天,持續(xù)4天,升水位,1.08 m/天,持續(xù)5天的調度方案;若初始水位低于150 m,則施行:升水位1.12 m/天,持續(xù)5天,降水位,1.21 m/天,持續(xù)4天的生態(tài)調度方案。(3)秋季水華期,當水庫運行調度進入秋季蓄水期時,開展周期為10天的秋季“潮汐式”生態(tài)調度,具體施行:降水位,0.23 m/天,持續(xù)3天,升水位,0.41 m/天,持續(xù)7天。(3)枯水年“潮汐式”生態(tài)調度方案(1)春季水華期,如果生態(tài)調度開始時間在3、4月份,則考慮以16天為一次“潮汐式”水位波動的周期,施行:降水位,0.047 m/天,持續(xù)6天;升水位0.12m/天,持續(xù)10天的水庫調度方案;如果生態(tài)調度開始的時間發(fā)生在5月份,考慮到三峽水庫的防洪功能,即需要在汛期到來之前騰空防洪庫容,建議采用開展周期為12天“潮汐式”生態(tài)調度,施行:升水位,0.046 m,4天,降水位,1.07 m,8天的水庫調度方案。(2)夏季水華期,開展周期為9天的生態(tài)調度,且當支流水體中的Chla濃度超過20 mg/m~3時開始啟動生態(tài)調度。若生態(tài)調度開始時的初始水位超過150 m,施行:降水位,1.22 m/天,持續(xù)4天,升水位,0.97 m/天,持續(xù)5天的調度方案;若初始水位低于150 m,則施行:升水位1.11 m/天,持續(xù)5天,降水位,1.40 m/天,持續(xù)4天的生態(tài)調度方案。(3)秋季水華期,當水庫運行調度進入秋季蓄水期時,開展周期為10天的秋季“潮汐式”生態(tài)調度,具體施行:降水位,0.65 m/天,持續(xù)3天,升水位,0.64 m/天,持續(xù)7天。結合“潮汐式”生態(tài)調度方法,研究了防控三峽水庫支流水華的生態(tài)調度,通過本研究得出的不同典型年、不同來水條件下的“潮汐式”生態(tài)調度方案,不僅能夠為“潮汐式”生態(tài)調度方法的定量化提供一定的參考,同時也能夠科學合理的指導三峽水庫開展防控支流水華的生態(tài)調度實踐。
【圖文】：

本文研究的技術路線圖

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本文編號：2693446