洮河异重流倒灌对刘家峡库区河床变化的影响

刘家峡库区黄河支流洮河为多沙河流,入汇黄河后形成异重流向上游倒灌,使洮河口至黄9断面形成倒比降,对库区河床变化及淤积形态产生较大影响,常规一维数学模型不能反映洮河异重流倒灌对河床变化的影响。根据能量方程结合谢才公式,提出了异重流侧向潜入后倒灌流量的计算方法,构建了包含异重流模块的一维非恒定流水沙数学模型,采用1982—2013年实测资料对刘家峡库区进行了冲淤计算。结果表明:计算结果与实际吻合较好,库区黄河各河段淤积分配计算结果与断面法实测结果基本一致,较好地模拟了黄4断面的淤高及黄河干流淤积三角洲向坝前的推进;洮河异重流倒灌对刘家峡库区黄4—黄9库段河床冲淤变化影响极为明显,计算过程中必须考虑异重流倒灌问题。

汛末蓄水期香溪河库湾倒灌异重流现象及其对水华的影响

为研究三峡水库汛末蓄水过程中,干流对支流水体水流、水环境因子的影响特征及其作用机制,从2007年9月25日开始对三峡水库蓄水过程中香溪河库湾水流速度和水环境因子进行持续监测分析。结果表明,2007年秋季三峡水库汛末蓄水过程中,水库干流水体依次以底部异重流、中层异重流、表层异重流形式倒灌进入库湾,使得香溪河库湾水体在深度方向具有典型的分层流特征,异重流现象是由水库干流与库湾水体之间的温度差和浊度差造成的。2007年秋季香溪河库湾暴发了一定程度的水华,倒灌异重流使得库湾表层水流流速增大,并将库湾表层浮游藻类演进式输运出河口从而降低库湾藻类生物量是本次异重流影响秋季水华的重要机制。

干流倒灌异重流对香溪河库湾营养盐的补给作用

三峡水库蓄水以来,其支流库湾每年均暴发严重的春季水华.为研究三峡水库支流营养盐受干流的逆向影响,于2010年对三峡水库库首区域最大的支流香溪河库湾水流特点及总氮、总磷的时空动态分布进行了详细监测.研究发现库湾水体表现为分层异向流动,存在明显的倒灌异重流现象,分别以表、中、底3种形式倒灌入香溪河库湾;特定的水流特性为库湾营养物质的运输提供了水动力基础,香溪河河口处由干流倒灌输入总氮、总磷的平均瞬时通量分别为501.92 g.s-1、48.17 g.s-1,在2010年干流倒灌输入香溪河库湾的总氮、总磷污染负荷分别占总量的43.4%、21.5%.结果表明,倒灌输入的总氮、总磷占有很大的比例,同时加强三峡水库支流及干流上游流域污染控制才是有效控制支流水华发生的根本途径.

汛期香溪河库湾倒灌异重流变化及其成因分析

针对干流对香溪河库湾长期存在的倒灌异重流现象,运用CE-QUAL-W2模型模拟2012—2014年香溪河分层异重流特性,结合汛期干流庙河站的水温及流量分析汛期香溪河分层异重流形式变化及其成因,并分析其水华风险。结果表明:2012—2014年汛期7月中旬到7月底或8月初均发现香溪河库湾倒灌形式由中上层倒灌转变为中下层倒灌,再恢复到中上层倒灌的演变现象。主要原因为干流流量增大改变了干流水温的变化趋势,导致干支流水体密度差发生变化,使支流库湾的倒灌形式发生演变;干流流量增大影响倒灌形式具有滞后性,干流水温降低或升高影响倒灌形式需要一定的持续时间;汛期香溪河倒灌形式的演变有利于降低香溪河库湾的水华风险。

汛前供水期神农溪库湾倒灌异重流特性及其对营养盐分布的影响

为研究三峡水库神农溪库湾水动力特性及其对营养盐分布的影响,于2013年汛前供水期对神农溪库湾水文、水质及水生态进行空间定点监测与分析。结果表明:2013年汛前供水期三峡水库干流水体依次以底层、中上层和表层倒灌异重流形式潜入神农溪库湾。受干流倒灌异重流影响,库湾营养盐自下游向上游逐渐降低,干流水体对库湾营养盐具有明显补给作用。水位变化过程会影响倒灌异重流的模式和范围,可通过水库调度来解决支流库湾水华和富营养化问题。

底部倒灌异重流运动特性试验研究

以三峡水库支流库湾广泛存在的倒灌异重流为背景,构建室内物理模型,以入流量、初始水位、温度差3个主要影响因子,设计系列工况对底部倒灌异重流运行特性进行模拟试验研究,分析异重流头部移动速度、交界面高度、头部厚度等主要水力学要素的变化过程及受入流量、初始水位、温度差的影响规律.研究表明底部倒灌异重流头部移动速度沿程呈线性递减,头部交界面沿程呈线性升高,头部厚度沿程呈线性递减.异重流运动稳定后,同一断面处,异重流头部速度随入流量、初始水位及温差的增加而增大,交界面高度随入流量及初始水位的增大而升高;异重流头部厚度受初始水位变化影响最敏感,随初始水位升高而增加.