香溪河库湾水华关键水动力指标研究

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三峡水库自2003年建成蓄水后,在防洪、发电、航运等方面发挥了巨大的综合效益,然而以香溪河库湾为代表的典型支流库湾水体富营养化及水华问题严重,对库区的社会、经济和环境的可持续发展带来不利的影响。在香溪河库湾长期监测中发现,降雨、风浪、异重流等过程能驱动复杂的微观水动力过程,有效的抑制水华暴发。本文以三峡库区典型支流香溪河为研究对象,通过设计围格实验,构建水动力指标与水华生消之间的关系,探究影响香溪河库湾水华生消的特征动力参数阈值。在汛期6月至8月开展水华生消的跟踪监测,研究降雨、风浪以及异重流驱动下水动力指标间的差异性,从水动力的角度解释了香溪河库湾典型水华的生消过程,主要结果如下:(1)通过设计围格实验,构建藻类的比增长速率μ与湍流扩散系数log10Kz之间的关系,通过曲线拟合分析得到μ=-0.303(log10Kz)-2.567(log10Kz)-4.984(-5.5<7)2)10Kz<-1;R~2=0.956),能较为合理的反映藻类生长与湍流扩散系数之间的关系。综合考虑,认为香溪河库湾水华生消的特征动力参数为湍流扩散系数,且阈值为log10Kz=-3 m~2·s-1,当log10Kz<-3m~2·s-1,μ>0,水动力条件有利于水华暴发;log10Kz>-3m~2·s-1时,μ<0,水华受到抑制。(2)通过对降雨、风浪以及异重流驱动过程下香溪河库湾水体的持续监测,发现不同的驱动因素对水动力指标的影响存在明显的差异。降雨过程中动能耗散主要发生在近表层;较低温度的雨水使表层水温明显降低,发生强烈的混合作用,且随着深度的增加,降雨产生的湍流混合作用减弱。风力作用主要以机械能的形式将动能输入至近表层水体,在表层水体产生较强的切应力,促进水体表面风浪的成长,增强表层水体的湍流混合作用。异重流演变使异重流交界面在不同水深往复变化,使得发生强烈湍流混合的水体厚度较大,且在特定的倒灌模式下,强烈的湍流混合会贯穿整个垂向水体,表、中、底层水体的水动力均发生改变。(3)通过对香溪河库湾一次典型的水华生消过程进行监测发现,在降雨、风浪以及异重流的等因素的共同驱动下,香溪河库湾水体湍动能扩散系数能较长时间达到10-3m~2·s-1的量级,表层水体的湍流混合作用强烈,能够有效抑制水华暴发;当香溪河库湾水体的湍流扩散系数量级较长时间低于10-3m~2·s-1时,水体的湍流混合较弱,有利于藻类的生长。
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