金盆水库上游降雨径流二维泥沙输移沉积模拟

为了探究降雨径流在不同流量、含沙量下对西安市金盆水库水体的影响规律,基于湍流流动模型,对2022年10月降雨径流时期西安市金盆水库上游的泥沙输移和沉积进行了数值模拟,并对所建立模型的可靠性进行了验证。通过对不同流量、含沙量下的径流进行模拟计算,表明在沿程前部断面处,流速越大底部含沙量越小;在沿程后部断面处,流速越大断面含沙量越高;径流含沙量越大,断面含沙量越大,泥沙分布厚度越大。因此,可以根据降雨径流时期来水的流量及含沙量分析泥沙输移沉积的过程,为水库的运行维护提供参考。

金盆水库表层沉积物中营养盐分布特征与污染评价

为探究西安黑河金盆水库表层沉积物中营养盐的分布特征及其污染状况,本研究测定了表层沉积物中总氮(TN)、总磷(TP)和有机质(OM)的含量,并与其它湖库进行比较,分析了TN、TP和OM的相关性,并探究了表层沉积物中营养元素的来源及其污染状况.结果表明,TN平均含量为1132 mg·kg^(-1),TP平均含量为1131 mg·kg^(-1),OM平均含量为7.02%,三者空间变化趋势基本一致,从上游至库区,含量先减小后增加.与其它湖库相比,金盆水库表层沉积物中TN含量相对较小,TP和OM含量均处于中等水平.TOC/TN值表明,水库表层沉积物中OM均来源于高等陆生植物.TOC与TN、TP均存在显著的相关性,且与TN相关性更高,表明金盆水库表层沉积物有机质的矿化过程与氮、磷,尤其是氮的物质来源和沉积变化过程关系更为密切.根据沉积物质量评价指南,TN、TP和TOC含量均达到最低级别,说明金盆水库已受到一定程度的污染.

黑河金盆水库表层沉积物中磷的形态和分布特征

水源水库沉积物生源要素形态显著影响上覆水体水质,为给深水型水源水库水质修复提供科学依据,应用淡水沉积物中磷形态的标准测试程序(SMT),对西安市黑河金盆水库库区和上游入库6个代表性沉积物样的理化特征及磷赋存形态进行研究。结果表明:金盆水库表层沉积物中总磷(TP)含量范围为987~1326 mg·kg^(-1),从上游入库至库区,总磷含量逐渐增加;无机磷(IP)是沉积物中磷的主要成分,占总磷(TP)的比例为62.5%~78.9%;Ca-P是IP的主要组成成分,占IP的比例为72.0%~90.5%。沉积物-水界面存在明显的磷浓度梯度,当氧化还原条件变化时溶解性磷易从间隙水扩散到上覆水中,从而在一定程度上影响金盆水库整体的营养水平。TP与IP变化趋势基本一致,且TP的变化主要由IP决定,IP的增减因Ca-P和Fe/Al-P而改变。

西安金盆水库放水塔附近滑坡特征及成因分析

放水塔附近滑坡是金盆水库右岸原1号滑坡体下游边界段的残留体，受短期强降水因素的诱发导致坡体变形、失稳滑动。滑坡体具顺层牵引滑动特征，且平面上，不同区段变形破坏程度不同，其表现形式与坡体平面旋转有一定的相似性。坡体滑动主要受4组结构面的控制，其中的软弱片理结构面（产状150°～170°∠35°～55°）与产状为230°～290°∠35°～55°的另一组结构面构成滑坡的滑动控制面。基岩内发育的大量的软弱片理结构面，大气强降水，滑坡上部相对平缓的地貌及人类工程对地表植被环境的破坏，滑坡体下部喷护层的存在等因素的综合影响，导致了坡体的失稳滑动。

Topmodel模型在黑河金盆水库流域的应用研究

【目的】预测黑河金盆水库的入库流量过程,为水库汛期的安全运行提供理论依据。【方法】根据陕西省黑河金盆水库流域水文、气象资料,采用Topmodel模型模拟流域的降雨径流过程,以流域内2003-2007年雨量站及水文站的实测数据进行模型率定,以2009年的实测资料对模型进行检验。【结果】Topmodel模型模拟结果显示,模拟期Nash系数平均值为0.78,洪峰预报误差的平均值为-10.3%,峰现时间平均值为-1 h;检验期Nash系数平均值为0.875,洪峰预报误差平均值为11.2%,峰现时间平均值为-1 h。Topmodel模型在黑河金盆水库流域的预报水平为乙等水平。【结论】模型在该流域具有较强的适用性,可以用于金盆水库汛期的入库流量预报,可为水库的安全运行和科学管理提供数据支持。

人工强制混合充氧对分层型水库细菌群落演替的影响

为深度解析人工强制混合充氧过程中细菌群落的演替,以西安金盆水库为研究对象,对2018年8月~2019年4月水库主库区垂向细菌种群结构进行连续监测.结果表明,受人工强制混合充氧作用影响,水库水体中的优势菌群蓝细菌门(Cyanobacteria)的丰度由11.7%~19.2%降至6.3%~8.9%.其中,表层、中层和底层水体蓝细菌的丰度分别由18.3%、11.7%、19.2%降至8.9%、6.3%、7.9%.人工强制混合作用使垂向水体细菌的种群结构差异降低,样本之间的离散度逐渐减小,其中优势菌群放线菌门(Actinobacteria)和变形菌门(Proteobacteria)在水体垂向的丰度分别由"中>底>表"和"表>底>中",逐渐变为表、中、底层趋于均一.人工强制充氧作用使底部水体溶解氧(DO)含量逐渐升高,好氧型细菌的丰度得到明显的增加,其中Polynucleobacter的丰度从0.06%增加到1.06%,甲基孢囊菌属(Methylocystis)的丰度由0.18%增至2.20%,甲基杆菌属(Methylobacter)的丰度由0.02%增加到1.96%.通过冗余分析可知,影响细菌群落组成的主要因素为水体热分层稳定性、水温、DO、总磷(TP)和总氮(TN).

金盆水库溃坝洪灾损失预测研究

利用GIS软件对黑河金盆水库下游周至县的一些基础资料进行处理,利用内插法,生成洪水淹没区实体地形图。利用损失率计算模型对淹没区内损失状况进行了预评估。结果认为,金盆水库遭受10000a一遇的洪水重现期发生漫顶溃坝时,洪灾所造成的直接经济损失为50.355亿元,间接经济损失为9.0639亿元。通过对水库溃坝洪水淹没损失的计算分析,可以让防洪决策人员及水库管理人员对水库洪水可能产生的后果做到心中有数,平时认真做好科学合理的水量调度,防止灾害发生。

黑河金盆水库坝区三维渗控效应评价与材料参数敏感性分析

渗流控制是土石坝工程建设面临的关键问题之一,渗流分析是实现渗控效应评价和渗控优化设计的主要途径。针对黑河金盆水库工程区复杂的地质条件和渗控措施,建立包含主(副)坝、坝基、库盆和左岸单薄山梁的三维渗流计算模型。为确保数值计算的稳定性和收敛性,采用Signorini型变分不等式方法,对黑河金盆水库坝区进行长期稳定渗流精细模拟。基于实测结果与数值计算成果的对比分析,论证了Signorini型变分不等式方法在土石坝枢纽渗流分析中的有效性和正确性。基于数值计算结果深入分析了坝区的渗控效应及渗透稳定性,研究了渗控效应对黏土心墙、帷幕、山岩材料渗透参数的敏感性。结果表明:黑河金盆水库坝区各分区渗流量和各关键部位的最大水力坡降均在安全稳定范围内,工程渗控措施效果显著;坝区渗控效应对防渗帷幕以及山体材料渗透系数的变化较为敏感,坝体内部总水头及关键部位水力坡降随黏土心墙渗透系数的增加而增加。研究成果对土石坝坝区整体渗流分析及渗控优化设计具有借鉴意义。

DEM数据分辨率对黑河金盆水库流域地形参数提取的影响分析

根据陕西省黑河金盆水库流域不同分辨率的DEM数据,采用数理统计方法分析DEM数据分辨率的变化对流域地形参数提取的影响,为建立流域分布式水文模型前期DEM数据分辨率的选择提供参考依据。对流域不同分辨率DEM数据分析得到:随着流域DEM数据分辨率的降低,流域的粗糙度值、最大坡度及平均坡度值、最大高程值、平面曲率和剖面曲率最大值及最小值的绝对值均有减小的趋势,最小高程有增大的趋势,坡向在DEM数据分辨率降低到一定程度时会出现较大变化,地形指数变化范围更趋于集中。

黑河金盆水库入库径流水文特征分析

以黑河金盆水库为研究对象，以1954—2007年的入库径流数据为数据源，采用游程理论、模比系数变差差积对金盆水库的径流年际特征以及径流年内分布特征进行了研究。结果表明，黑河金盆水库年际径流丰枯变化剧烈，最大年径流量与最小年径流量相差6倍以上；1991年以后。入库径流呈现明显的下降趋势，17年间枯水年占82％以上，未出现连丰年，可以得出金盆水库目前正处于枯水期，易发生少水事件，易发生连枯现象；在年内径流分布方面，径流分布表现出明显的季节特点，65％以上的径流集中于夏季，冬季仅有8％的径流。

黏土矿物对金盆水库软弱变质岩边坡失稳影响研究

针对西安市金盆水库软弱变质岩边坡的地质条件,在细致分析黏土矿物的主要特性及形成机制的基础上,从微观到宏观的不同尺度,系统研究了黏土矿物对软弱变质岩边坡失稳的影响。结果表明,软弱变质岩成因复杂,矿物成分多样,水稳定性差,易于生成黏土矿物;而次生黏土矿物的形成将引起源矿物、矿物集合体及岩块特性的显著变化,诱发岩石向松散介质转化,并触发黏土矿物在宏观结构面中的聚集和泥化夹层的形成,导致结构面及岩体强度衰减,进而促进边坡变形破坏,对边坡演化及失稳的贡献显著。

黑河金盆水库坝址右岸滑坡稳定性分析与评价

西安引水工程黑河金盆水库近右坝肩存在的老滑坡由于工程开挖造成移动复活 ,它若大规模滑动将对工程的施工和正常运营造成危害。本文对该滑坡的稳定性进行了评价 ,证明滑坡处于不稳定状态 ,建议采取全部清除的整治方案。

峡谷分层型水源水库表层沉积物溶解性有机物光谱特征

结合三维荧光光谱技术(EEMs)与紫外吸收光谱(UV-vis),并利用平行因子分析(PARAFAC)的方法,对金盆水库表层沉积物中溶解性有机质(DOM)光谱的空间分布特征及来源进行分析,并探讨沉积物DOM的荧光组分与可溶性有机氮(SON)、可溶性无机氮(SIN)之间的相关性.结果表明,金盆水库表层沉积物DOM由3类荧光组分组成,分别是类富里酸C1(235 nm,315 nm/430 nm)、类色氨酸C2(220 nm,275 nm/330 nm)和类胡敏酸C3(265 nm/520 nm),各组分荧光强度占总荧光强度百分比的平均值分别为43.15%、31.54%和25.31%.表层沉积物DOM浓度在空间上呈现从上游到主库区先减少后增加的趋势.光谱斜率S275-295、S350-400和光谱斜率比SR反映出各采样点陆源与内源占比的差异性.荧光指数、自生源指标和腐殖化指标都表明金盆水库沉积物DOM的来源具有内源与陆源双重特征.相关性分析表明,表层沉积物DOM各组分与SON和SIN均呈显著正相关,说明DOM与氮元素的迁移转化密切相关.

不同强度降雨径流对水源水库热分层和水质的影响

基于西安金盆水库2012~2019年汛期多场不同强度的降雨径流水质数据,对水温、浊度、总氮、总磷及含砂率等指标进行分析,全面探究不同强度降雨径流潜入过程及其对水源水库热分层与水质的影响.结果发现,不同强度降雨潜入库区位置不同,径流量较小时(洪峰流量<500m^(3)/s),径流为等温度层潜流,从温跃层上部进入库区;中径流(洪峰流量为500~1500m^(3)/s)受温度和含沙量共同作用,潜入点下移,以中部层间流方式进入库区;大径流(洪峰流量>1500m^(3)/s)受含沙量影响显著,潜流层厚度变大,径流以底部潜流方式进入库区.不同强度降雨径流对库区热分层影响也不同,小径流影响较小;中径流会破坏水体上部的温跃层,并在底部形成温度梯度较小的温跃层;大径流则会使中底部水体完全更新混合,导致中底部水体水温均匀一致,由温跃层直接过渡到恒温层.不同径流量、来水水质和潜流位置对主库区水质影响不同,TN主要以溶解态为主,占比在76%以上,TP则以颗粒态为主,占比达61%;径流量较低时,温跃层上部氮磷浓度较高,随径流量的增大,冲刷效果的增强,潜流层水体氮磷浓度变高,当热分层被打破时,整个断面浓度均明显升高.

汶川地震对黑河大坝坝体渗流影响的初步研究

2008年5月12日四川省汶川大地震发生,余震波及到陕西省,位于周至县境内的黑河水库大坝经受了6～7级裂度余震破坏,针对坝体安全问题,对大坝心墙地震前后渗流监测资料进行总结和分析,得出地震后大坝心墙渗流稳定的结论,这对于水库安全运行意义重大。

黑河金盆水库工程大坝右岸滑坡工程地质研究

为判断黑河金盆水库工程大坝右岸斜坡的性质(是变形体或滑坡),并有利于指导工程施工,在进行了详实的野外地质调查之后,作者分析认为该斜坡实际上为一古滑坡。在地表及平硐调查中所见滑坡周界清晰,变形破坏现象明显,为查明滑坡性质提供了客观证据。近两个月的位移监测资料亦进一步证实了上述结论的正确性。在此基础上,考虑到工程的重要性及施工时间的紧迫性,作者建议对底滑面以上的滑坡堆积体予以全部开挖清除。

暴雨径流对水源水库细菌群落结构和代谢活性及水质的影响

为探究汛期暴雨径流入库对水库细菌代谢活性及水质的影响,以金盆水库为研究地点,采用三维荧光光谱-平行因子分析法、高通量DNA测序技术和Biolog技术分析金盆水库径流3个时期(径流前、径流中和径流后一个月)的有机质、细菌群落组成和微生物代谢活性变化.结果表明,径流入库后,水体温度降低,水体中层溶解氧显著提高,形成中层水体好氧低温,底层厌氧低温的状态.总氮、总磷、有机质浓度和浊度在径流期间都大幅提升,一个月后有所下降,但没有恢复到径流前的浓度.径流期间,变形菌门和拟杆菌门占比显著提高,二者相对丰度之和占细菌群落的63.6%.细菌代谢活性也高于径流前,且在一个月后,细菌种群结构并没有恢复到径流前,细菌代谢活性仍保持较高水平.

边坡演化与现代系统科学的关系

为深刻理解边坡演化与现代系统科学之间的关系,应用现代系统科学理论,对西安金盆水库高陡边坡的特征进行分析,指出该边坡与外界环境的不断交换体现了系统的开放交换原则;降雨强度由微涨落放大为巨涨落体现了系统的涨落放大原则;不同滑面形成优势面的过程体现了系统的竞争协同原则;边坡岩体的前期蠕变与后期水力条件改变触发的坡体急剧破坏体现了系统的渐变突变原则.同时,总结出边坡演化与现代系统原则的关系:即开放交换是边坡系统演化的条件;涨落放大是边坡系统演化的触因;竞争协同是边坡系统演化的驱动;渐变突变是边坡系统演化的途径.

金盆水库沉积物铁锰释放规律

针对分层型水库周期性厌氧问题,金盆水库利用人工强制混合充氧技术补充底部水体溶解氧,抑制沉积物中还原性污染物的释放.但受水库地形地貌的影响,人工强制混合充氧效率存在一定差异性,在曝气系统运行结束后部分较深区域上覆水体溶解氧迅速耗竭,导致污染物的再次释放.为探究铁锰在该条件下的释放规律及扩散强度,选取主库区代表性采样点,对沉积物间隙水及上覆水溶解态铁锰浓度分布进行测定,并计算沉积物-水界面处溶解态铁锰的扩散通量.结果表明,人工强制混合充氧结束后地势较低区域底部水体迅速进入厌氧状态,导致大量溶解态锰释放进入上覆水体,浓度最高达0.42mg·L-1;而地势较高区域底部水体短暂进入缺氧状态,之后溶解氧浓度迅速回升,因此底部溶解态锰浓度升高幅度较小,浓度最高为0.17mg·L-1.沉积物间隙水-上覆水铁锰浓度分布结果表明,由于铁锰氧化还原电位的差异,溶解态锰相较于铁在厌氧条件下更容易释放进入上覆水体,且不断在表层沉积物及上覆水体中积聚,而溶解态铁的释放不仅受溶解氧的抑制,还受锰氧化物等其他氧化剂的抑制.由扩散通量计算可知,人工强制混合充氧结束后溶解态锰的扩散通量有降低趋势.由质量平衡计算可知,溶解态锰在厌氧层中的积聚不仅与扩散通量有关,还与沉降通量、厌氧层厚度有关,因此厌氧层中铁锰的生物地球化学循环作用有待进一步的研究.

金盆水库暴雨径流时空演变过程及水质评价

为探究西安金盆水库汛期暴雨径流沿程时空演变过程及库区水质响应,对汛期2019年8月初与9月中旬两场暴雨径流上游河道至库区各断面的水质指标进行持续原位监测,并在垂向上采用单因子污染指数法和综合污染指数法对库区进行水质评价.结果表明:汛期暴雨径流连续不同的来流条件会演变成不同的潜入情况,两次径流初期入流量小,水库潜流均经历全断面径流-底部潜流-间层流的过程,在末期,8月初径流库区间层流位置由初期的545~565 m扩大为535~580 m,9月中旬径流潜流位置由初期540~575 m的间层流演变成575 m以下的底部潜流;连续的入流使库区热分层结构削弱,溶解氧得到补充,同时大量颗粒态污染物汇入库区,营养盐在垂向上表现为中层、底层水体高于表层;单因子污染指数表明径流潜流处总磷和高锰酸盐指数值都有一定的增加,末期均超过地表水Ⅲ类水质标准;综合污染指数表明8月初径流中层水质处于中污染,底层则受厌氧与颗粒沉降的双重影响达到重污染,并且在径流一周后达到峰值,而9月中旬的575 m以下的潜流直接导致中层水体处于重污染,底层由于溶解氧的补充处于中污染;汛期通过泄洪洞的排放与分层取水可以有效地保障供水安全.