發(fā)布時間：2020-03-23 21:52

【摘要】：三峽水庫蓄水運行后,水體富營養(yǎng)化問題日益加劇,水動力條件顯著變緩導致庫區(qū)近壩支流頻繁暴發(fā)水華。在影響藻類生長的主要因子中,環(huán)境因子和營養(yǎng)鹽濃度短期內(nèi)均無法人為改變,因此通過水庫調(diào)度改善水動力條件是緩解支流水華暴發(fā)程度的重要途徑。本文結合實測數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬手段,以三峽庫區(qū)干流及近壩支流香溪河為研究對象,對干支流水體之間的水動力、水質(zhì)交換摻混特性展開研究,揭示了溫差剪切分層流對支流水動力和藻類輸移過程的影響機理,探明了有利于降低支流水華暴發(fā)程度的水庫調(diào)度方式;按長期和應急兩種時間尺度,提出了基于抑制近壩支流水華的非汛期優(yōu)化調(diào)度準則,并給出了不同水平年下的長期優(yōu)化調(diào)度可行性和應急調(diào)度空間。本文創(chuàng)新研究成果如下:第一,基于嵌入水體流速~藻類生長關系式的CE-QUAL-W2模型,構建三峽庫區(qū)干流-香溪河垂向二維富營養(yǎng)化模型,利用實測數(shù)據(jù)對模型進行率定;通過率定工況下的干支流交換摻混特征分析,初步得到溫差剪切分層流和水庫調(diào)度是影響香溪河水華暴發(fā)過程的主要因素。第二,基于溫差剪切分層流理論和異重流理論,提出量化溫差分層流特性的特征值,研究不同干支流初始水溫差下分層流的形成和發(fā)展過程;分解復雜分層流類型,分別研究單一類型和多類型分層流遭遇下的藻類輸移過程;結合典型分層流類型研究支流來流對水華暴發(fā)過程的影響規(guī)律;結果表明:(1)溫差分層流的潛入量、潛入距離和潛入深度均與干支流初始相對密度呈正相關關系;(2)香溪河非汛期水華易發(fā)時期,分層流類型對水華暴發(fā)的影響表現(xiàn)為:多種不利分層流連續(xù)遭遇造成藻類在回水區(qū)內(nèi)往返輸移,致使藻類有充足時間大量生長;(3)增加支流來流整體上對抑制水華有利,但對于香溪河非汛期水華易發(fā)時段的分層流特征,增加支流來流的作用十分有限,應通過干流潛入流的調(diào)節(jié)改善支流水動力條件進而達到抑制水華的目的。第三,結合實際調(diào)度規(guī)則,將三峽水庫非汛期調(diào)度方式概化為短期、中期和長期三種;研究單一調(diào)度因子改變下,不同日泄流過程、水位蓄放過程以及調(diào)度時機對支流水華暴發(fā)過程的影響規(guī)律;結果表明:調(diào)峰,相同谷荷流量下增加調(diào)峰幅度,低谷荷流量和高調(diào)峰幅度組合的日泄流方式,相同調(diào)峰幅度下增加谷荷流量,水庫蓄水過程以及增加升水位日變幅,能夠起到加速藻類逆時針輸移過程和降低藻類生長率的作用,有效降低水華暴發(fā)水平;以最短調(diào)度時間達到最大效果為原則,藻類復蘇期開展調(diào)峰至增長中期結束,復蘇期末開展升水位調(diào)度至增長峰值后結束,增長峰值后開展降水位調(diào)度,是抑制水華的最佳調(diào)度時機。第四,按時間尺度,從長期和應急兩方面開展基于抑制近壩支流水華的三峽水庫非汛期優(yōu)化調(diào)度研究:(1)在三峽電站常規(guī)電力調(diào)度規(guī)則基礎上,提出在水華易發(fā)時期3~5月份,根據(jù)上游來流情況,在滿足最小下泄流量和后期水位消落以及不棄水的原則下,盡可能開展蓄水調(diào)度;(2)通過實例驗證了優(yōu)化調(diào)度準則能夠同時達到改善支流水質(zhì)和提高非汛期發(fā)電量的雙重目的;(3)根據(jù)三峽水庫歷史徑流資料,分析不同典型年執(zhí)行優(yōu)化調(diào)度的可行性,得到以3~5月為調(diào)度期時,較豐水年可行性最高;以4~5月為調(diào)度期時,特豐水年可行性最高;即水量充沛且年內(nèi)分配均勻的年份具有較高的調(diào)度可行性;(4)針對近壩支流春季突發(fā)水華事件,提出水華預警和應急處置策略;綜合考慮三峽入庫徑流過程、電站經(jīng)濟運行、機組最大下泄能力和水位日變幅等因素,提出應急調(diào)度空間計算方法,計算實例表明非汛期徑流分配均勻的較豐水年具有最大的應急調(diào)度空間。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TV697.1
，

本文編號：2597317