滇中引水输水干渠与充蓄水库水温影响研究

采用类比实测法对输水隧洞沿程水温变化进行分析,采用CE-QUAL-W2模型研究了最大充蓄水库九龙甸水库的水温垂向分布特征,得出以下结论:隧洞输水水温沿程增温率为-0.055℃/100km,据此计算出滇中引水输水干渠全段温降为0.4℃;滇中引水充蓄后,九龙甸水库为季节性水温分层型水库,其中3—8月出现水温分层,表层和底层...     

ELCOM模型在流溪河水库水温模拟中的应用

水温是湖泊水库生态系统的重要驱动因子,其结构特征对水生态系统中的物理、化学和生物过程起着重要作用。流溪河水库是位于北回归线上的大型山谷型深水水库,一座典型的热带亚热带过渡区水库。本文运用西澳大利亚大学水研究中心开发的三维ELCOM水动力学模型模拟了流溪河水库2008年7月23日到8月24日共32d的水温变化状况,并通过水温实测值进行了验证,模拟值与实测值的相关性R2值达到了0．8342,模拟值与实测值较为接近,ELCON模型较好地模拟了水温的日变化。最后对水温变化的原因和趋势进行了分析。     

破坏水库水温分层系统的能量效率估算:以金盆水库为例

为指导高效节能的破坏水库水温分层技术及系统的选择,需建立统一的能量效率基准.根据质量守恒和热量守恒定律,求出分层水库水体完全混合后的水温,计算水库水体混合前后的重心;采用库容以及与水温相关的密度等数据,对水深方向各微小水层的势能进行积分得到水体总势能,混合后水体总势能的增加量即为破坏分层所需的最小理论能量,应用耗电量估算法得到破坏分层所产生的最小碳排量;破坏分层系统的能量效率为破坏分层的最小理论能量与实际输入能量之比.以西安金盆水库为例,采用数值模拟方法计算不同水位下的水库库容,应用该方法估算了水库不同季节破坏分层所需最小能量和扬水曝气破坏分层系统的能量效率.采用数值模拟方法计算不同水位下的水库库容,计算破坏分层所需最小能量.结果表明随水体垂向温度梯度的增加而增大,在6~10月期间相对较高,7月达到最大值2432.08kW?h;该水库扬水曝气破坏分层系统的能量效率约为4%;在水温分层开始阶段运行破坏分层系统可有效降低破坏分层所需的能耗,减少碳排放量.     

基于ANN技术的大型灌区节水改造后农田水环境预测研究

本文以中国黄河河套灌区为案例,监测该区域的水盐动态,并对其多年的水文、地下水资料进行了分析,将三个不同尺度的试验区作为研究对象,采用人工神经网络技术中的BP、RBF模型对该区域的农田地下水文以及土壤的水盐变化进行了系统的预测,并将预测结果与采用传统的有限元数值法和水均衡法得到的结果进行了比较。     

水温变化期“溞草共建”系统对沙河水库水质与底泥净化效能的中试研究

针对北京市沙河水库水体环境自净能力弱、水质较差等问题,通过构建“溞草共建”系统进行中试实验,研究水温变化期,水深对大型溞和沉水植物生长状况以及“溞草共建”系统对水库水体和底泥污染物去除的影响.结果表明,系统运行前期,大型溞生长发育正常;但是系统运行后期,水温降低,大型溞的生理活动将被抑制,并产生休眠卵甚至死亡.3种沉水植物对水深的适应能力表现为：金鱼藻>黑藻>狐尾藻;对水温的适应能力表现为：黑藻>金鱼藻>狐尾藻.系统运行前期,水体透明度、叶绿素a含量以及COD、NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN和TP的去除率均随着大型溞的投加和沉水植物长势渐好而逐渐增加,但系统运行后期,以上指标均随着大型溞和沉水植物的死亡而逐渐降低.系统运行前期,组合系统对底泥污染物具有较好的去除效果,底泥中有机质、TN、TP的去除率分别可以达到8.7%、6.2%和19.3%.系统运行后期,底泥有机质、总氮、总磷含量逐渐上升.本研究可为北京市再生水补给河湖水库的水生态修复及其“溞草共建”系统构建提供理论支撑和...     

典型中型水库水源保护区划分及保护研究 ——以明光市石坝水库为例

饮用水水源地水质超标及环境风险一直是影响我国饮水安全的主要隐患。虽然目前饮用水水源保护区划分技术成熟,但是在单一供水难以满足供水要求的情况下,协同供水的不同水源地之间的供水干渠在水源保护区划分上缺乏相关指导性意见,并且在水源保护区后期保护建设中针对性不足,难以有效防范环境风险。本文针对明光市石坝水库水源地,结合中型水库水源地的特点进行水源保护区划分,并综合分析水质和污染源等现状,提出有针对性的环境风险防治措施,为明光市石坝水库水源地建设及保护提供科学支撑。     

曝气诱导内波破坏水库水温分层的过程与效果

针对传统的水库破坏分层技术的低效率、高能耗等普遍问题,研制了能模拟基于自然对流而形成水温分层的中试模型水库,研究了曝气诱导形成内波混合破坏水温分层的可行性,过程和效果.扬水曝气产生的周期性出流能作为扰动源,在分层水环境中诱导形成内波.内波频率及波幅与曝气量有关.在曝气量0.07~0.28m3/(m2·h),跃温层温度梯度0.29~0.48℃/m的中试条件下,内波破坏分层过程主要以减小表层和底层水温差别、驱使跃温层下潜、等温层变薄为特征,破坏分层的速度与曝气量正相关、与温度梯度负相关.内波通过垂向振荡和横向传播,促进不同温度的水层之间的热交换.相对传统的循环水流混合,在温度梯度约0.32℃/m和0.46℃/m的条件下,当曝气量从0.07m3/(m2·h)逐渐增加到0.28m3/(m2·h)时,内波混合可分别将破坏分层效率提高25.0%~40.0%和41.2%~60.0%.     

天目湖沙河水库热分层变化及其对水质的影响

为揭示亚热带水库热分层的季节性变化特征、影响因素及水质效应,以最大水深11 m的江苏溧阳天目湖沙河水库为例,基于对水库坝前区(TM1)3~11月逐时的水温监测及对该水库2009~2016年相关水质和气象指标监测,分析了该水库热分层的形成和消失时间、驱动因素及其对水质的影响.结果表明,天目湖沙河水库呈典型的亚热带单循环混合模式:春季随着太阳辐射的增强,水温逐渐升高,当表层水温升至21℃左右时,热分层稳定形成,在整个5~9月期间水体热分层十分稳定;秋季随着太阳辐射的减弱,水温逐渐降低,当表层水温降至19℃左右时,热分层基本消失,在10~4月期间水体呈混合状态.热分层期间,表层和底层的水温差随太阳辐射的增强而增加;日均气温超过30℃的情况下,水体热分层更加稳定;夏季强降雨过程降低了水体表层的温度、减弱了上层5 m水体的温度分层,但对5 m以下深度的热分层状况基本无影响.水温分层对水库水质产生一定的影响:热分层期间,底层水体处于厌氧状态,底层水体氨氮浓度明显增加;热分层消失后,底层水体溶解氧、总磷及悬浮颗粒物含量均增加.研究表明,对于四季分明的亚热带中等深度的水库而言,水体热分层主要受太阳辐射的控制,稳定的热分层有利于蓝藻门相关种属藻类的生长,热分层形成及消散阶段改变了沉积物的营养盐释放及供给水体的强度,对水体水质形成冲击.在水库水质监控及生态保护管理中,应关注热分层过程的不利影响,并探索相关灾害的防控技术.     

水温分层对三峡水库香溪河库湾春季水华的影响

三峡水库蓄水以来,其支流库湾年复一年暴发严重的春季水华.为找出支流库湾春季水华的关键影响因子,2010年春季对三峡水库库首最大的支流香溪河库湾进行了原位定点连续监测,主要监测指标包括水温、水体透明度、水下光照及营养盐浓度等环境因子.结果表明,春季水温分层发育导致水体混合层深度突然减小是春季水华暴发的直接诱因,真光层与水体混合层之比(Zeu/Zmix)与叶绿素a(Chl-a)的皮尔逊相关系数达0.934(P<0.01).表明Critical Depth模型可用于解释三峡水库典型支流库湾水华生消机制.本研究将为三峡水库支流库湾水华预报及防治提供重要参考.     

季节性缺氧水库铁、锰垂直分布规律及优化分层取水研究

经多年对阿哈水库Ｆｅ，Ｍｎ污染的研究表明，Ｆｅ，Ｍｎ分布随着季节为化、水库水温分层而变化，呈现明显的垂直分布规律，高浓度Ｆｅ、Ｍｎ主要出现在水温分层期水库中、下层、与库底缺氧、ＰＨ下降，沉积物中的Ｆｅ、Ｍｎ向上覆水释放造成的二次污染等密切相关，为自来水厂优化分层取水提供了依据。     

我国北方温带水库——周村水库季节性热分层现象及其水质响应特性

为揭示我国北方温带水库——周村水库水体季节性分层现象及其水质响应特性,于2014年7月~2015年6月对周村水库进行了37次采样,并对水体理化指标和浮游植物进行了原位监测.结果表明,周村水库在4~11月间处于水体分层,全年呈典型的温带单循环混合模式.水温分层对水库水环境的变化起着重要的作用,热分层引起的底层水体季节性缺氧,导致了沉积物中营养盐以及还原性物质的大量释放,其中热分层期底层水体总氮、总磷、锰和硫化物的平均值分别为1.18、0.11、0.47和0.48 mg·L~(-1);浮游植物垂向分布受水温分层的显著影响,热分层期上层水体浮游植物丰度较高,其均值为16.35×106cells·L~(-1),下层水体浮游植物丰度维持在较低水平.     

水温对浮游植物群落结构的影响实验研究

2012冬季,在香溪河中游建立水上水温实验系统,设置5个水温梯度(10、18、25、30、40℃),研究不同水温梯度下浮游植物群落结构变化。结果表明:浮游植物在设置水温梯度范围内均能大量增殖,但种类有所不同。10~30℃硅藻均有出现,绿藻在18~30℃下均能生长良好,蓝藻能在40℃的高水温下生长。25℃水体中藻类比增长率(μ)最大,为2.80。光照强度与叶绿素a浓度(Chl.a)响应关系较好。据此可知,水温影响浮游植物生长速率,且是导致香溪河库湾浮游植物群落演替的主要影响因素。光照是藻类生长和水华暴发的主导性因子。香溪河库湾冬季仍有暴发水华的可能,不能忽视冬季香溪河水体的观测。     

太湖地区太阳辐射与水温的变化特征及其对叶绿素a的影响

基于中国科学院太湖湖泊生态系统研究站1993年以来的常规监测资料,利用比较与数理统计相关分析方法对太湖地区的太阳辐射和水温变化特征及其对水体叶绿索a浓度的影响进行分析.结果显示,太湖地区太阳总辐射、光合有效辐射、光合有效辐射占总辐射的比例及水温总体上都呈上升的趋势.其中,光合有效辐射的增长速率大于总辐射的增长速率,年际水温增长率春季秋季>夏季.太阳辐射及水温的年内变化呈夏季大,春秋季次之,冬季最小的特征.此外,太阳辐射和水温与叶绿素a呈显著正相关关系(P<0.01),太阳辐射特别是光合有效辐射和水温的增加为藻类的大量生长和水华暴发提供了良好的物理条件,太湖蓝藻水华初始暴发时间有逐年前移的趋势且水华持续时间逐年增加.     

大冶水库夏秋季热分层对沉积物氮磷释放的影响

水库夏秋季节的热分层现象影响水体垂向交换和水-沉积物界面环境。为研究济南市大冶水库夏秋季节热分层现象对沉积物氮磷释放的影响,作者于2022年6-10月对水库进行现场监测及采集水样、沉积物,分析水体水温和溶解氧分层特征及氮磷营养盐分布情况,并结合室内模拟实验,研究热分层导致的缺氧环境对沉积物中氮磷释放速率及迁移转化的影响。结果表明：大冶水库在6-9月热分层现象明显,10月份分层现象消失,水库表层与底层的水温差最高可达15.6℃;水体溶解氧浓度随热分层结构的形成出现垂向分层,6-8月水库底层水体出现缺氧甚至厌氧现象,7月份溶解氧浓度低至0.84 mg/L;底层水体氮磷含量显著高于表层和中层,总氮和总磷含量约为表层水体的1.5倍和4倍;溶解氧是沉积物氮磷释放的重要驱动因子,室内模拟实验表明厌氧状态下总氮和总磷的释放速率约为自然状态的1.5倍,其中沉积物氮的释放以氨氮形式为主,铁铝结合态磷是潜在磷源。大冶水库内源污染引起的水质风险不容忽视。     

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<500m3/s),径流为等温度层潜流,从温跃层上部进入库区;中径流(洪...     

扬水曝气器类型对分层水库藻类控制效果的影响

为优选扬水曝气器的类型以更经济有效地原位控藻,建立了基于Fluent软件的水库水动力与水质数值模拟方法,在不同温度梯度和水深条件下,预测了淹没式和非淹没式扬水曝气器对分层水库中藻类控制的效果. 以金盆水库扬水曝气水质改善工程为案例,对扬水曝气器外围流场和藻类混合迁移过程进行数值模拟. 结果显示,垂向流速和藻密度的模拟结果与实测数据吻合较好. 在典型的扬水曝气器运行条件下,水深分别为77.25、87.25和97.25 m时,淹没式和非淹没式扬水曝气器的外围流场均以顺时针环流为特征;淹没式扬水曝气器的环流发展较远,表层藻密度分别被削减了86.8%、88.2%、90.6%;扬水曝气器类型对藻密度削减率的影响不大. 采用淹没式扬水曝气器时,77.25、87.25和97.25 m水深下核心控藻区占整个流场区域的比例分别为39.71%、41.14%和42.73%,分别比非淹没式的高14.81%、8.95%和2.69%;藻类完全混合的时间分别为10、12和14 d,分别比非淹没式的少8、7和6 d. 不同季节和水深条件下的模拟结果表明,采用淹没式扬水曝气器,核心控藻区域较大,藻类混合较快.      

光照、流速和水温对大型人工输水渠道自净影响

以南水北调中线总干渠为对象,通过实验室模拟培养测定污染物降解系数,分析了光照、流速和温度对渠道自净能力的影响.结果显示,避光和光照条件下,高锰酸盐指数的降解系数分别为0.026和0.022d^-1,无显著性差异（P>0.05）;氨氮的降解系数分别为0.006和0.012d^-1,差异极显著（P<0.01）.各流速条件下高锰酸盐指数降解系数分别为0.027d^-1（0.2m/s）、0.029d^-1（0.3m/s）、0.029d^-1（0.4m/s）,氨氮降解系数分别为0.014d^-1（0.2m/s）、0.017d^-1（0.3m/s）、0.018d^-1（0.4m/s）,不同流速之间无显著性差异,但均显著高于0m/s实验组（P<0.05）.各温度条件下高锰酸盐指数降解系数分别为0.014d^-1（10℃）、0.018d^-1（15℃）、0.022d^-1（20℃）、0.029d^-1（25℃）和0.031d^-1（30℃）,25~30℃差异不显著（P>0.05）,其他各温度梯度之间均存在显著性差异;氨氮降解系数分别为0.002d^-1（10℃）、0.003d^-1（15℃）、0.010d^-1（20℃）、0.012d^-1（25℃）和0.020d^-1（30℃）,10~15℃、15~20℃和20~25℃差异不显著,其他温度梯度之间均具有显著差异.高锰酸盐指数和氨氮的温度校正系数θ值分别为1.047和1.079.研究结果可为中线工程水质管理提供依据.     

水库温室气体排放及其影响因素

水库是温室气体的一个重要排放源.探讨水库温室气体排放及其影响因素有利于精确估算水库温室气体排放量、减少水利工程与水电开发过程中水库温室气体排放.本文阐述r水库中温室气体的产生机制.总结了水库温室气体的3个排放途径:水库自然排放、水轮机和溢洪道、大坝下游河流,从水库特征、气候、水体pH值、水库中植被状况等角度深入探讨了水库温室气体排放的影响因素.最后,重点分析了水库温室气体排放的空间异质性以及研究结果不确定性的产生根源,并对今后的研究重点进行了展望.