人控調(diào)度方案對(duì)庫(kù)區(qū)支流水動(dòng)力和水質(zhì)的影響機(jī)制初探

馬 超，練繼建

(天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，天津 300072)

人控調(diào)度方案對(duì)庫(kù)區(qū)支流水動(dòng)力和水質(zhì)的影響機(jī)制初探

馬 超，練繼建

(天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，天津 300072)

水庫(kù)蓄水運(yùn)行后將顯著改變庫(kù)區(qū)支流的水動(dòng)力和水質(zhì)條件.在這種既定狀態(tài)，改變樞紐的人控調(diào)度方案將產(chǎn)生不同的調(diào)度期庫(kù)區(qū)出口斷面泄流過程和庫(kù)水位變動(dòng)過程，進(jìn)而產(chǎn)生不同的庫(kù)區(qū)支流水動(dòng)力條件.水動(dòng)力條件的改變將對(duì)支流水質(zhì)產(chǎn)生不同影響.基于此，以三峽水庫(kù)為例，結(jié)合實(shí)測(cè)地形資料構(gòu)建了三峽庫(kù)區(qū)一維水動(dòng)力和水質(zhì)模擬模型，并通過模擬詳細(xì)探討了三峽樞紐不同人控調(diào)度方案對(duì)庫(kù)區(qū)支流水動(dòng)力和水質(zhì)的影響.香溪河支流模擬結(jié)果表明：三峽樞紐的調(diào)峰運(yùn)行方案和三峽水庫(kù)的蓄放方案可產(chǎn)生“人工潮汐”作用和整個(gè)支流范圍內(nèi)的干支流水體交換和摻混，提高支流水體流速，對(duì)改善支流水環(huán)境有利.

人控調(diào)度方案；支流；水動(dòng)力；水質(zhì)；影響機(jī)制；三峽水庫(kù)；香溪河支流

水庫(kù)蓄水運(yùn)行將顯著改變庫(kù)區(qū)支流的水動(dòng)力條件，水體流速和紊動(dòng)強(qiáng)度急劇降低，庫(kù)灣等局部范圍甚至?xí)霈F(xiàn)水體停滯現(xiàn)象.水動(dòng)力條件的變化使得支流水體置換變緩，營(yíng)養(yǎng)鹽更易富集.如果外界光照和水溫條件合適，藻類將加速增長(zhǎng)，嚴(yán)重者將導(dǎo)致“水華”污染現(xiàn)象.因此，如何改善水庫(kù)蓄水運(yùn)行的既定狀態(tài)下的庫(kù)區(qū)水環(huán)境問題是當(dāng)前的研究熱點(diǎn).國(guó)內(nèi)外研究已在水動(dòng)力條件、營(yíng)養(yǎng)鹽以及光照和水溫等外界條件是富營(yíng)養(yǎng)化或“水華”的顯著制約條件的結(jié)論上達(dá)成共識(shí).國(guó)內(nèi)學(xué)者通過試驗(yàn)和實(shí)測(cè)分析指出流速是影響藻類生長(zhǎng)及水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵因素，甚至是誘發(fā)因子[1-5].視水庫(kù)為蓄水容器，當(dāng)入庫(kù)流量確定時(shí)，不同水庫(kù)調(diào)度方案(樞紐泄流過程和庫(kù)水位蓄放過程)將產(chǎn)生不同的庫(kù)區(qū)水流運(yùn)動(dòng)和水動(dòng)力條件，進(jìn)而對(duì)庫(kù)區(qū)特別是庫(kù)區(qū)支流的水環(huán)境產(chǎn)生不同影響.文獻(xiàn)[6]指出三峽水庫(kù)采取集中降低庫(kù)水位的快速水位調(diào)節(jié)方案可以增加支流回水區(qū)庫(kù)灣的河道特征，降低Chla質(zhì)量濃度.多項(xiàng)研究也指出電站調(diào)峰運(yùn)行能使干支流交匯口處形成“感潮”河段，“人工潮汐”作用使得干支流水體交換摻混，支流水體流速增加[7-9].基于此，筆者以三峽水庫(kù)為研究對(duì)象，探討水庫(kù)蓄水運(yùn)行的既定狀態(tài)下，人控調(diào)度方案對(duì)庫(kù)區(qū)支流水動(dòng)力和水質(zhì)的影響機(jī)制.

1 研究思路

(1) 典型化三峽樞紐人控調(diào)度方案，包括樞紐日運(yùn)行方案和水庫(kù)水位蓄放變動(dòng)過程.

(2) 利用實(shí)測(cè)地形數(shù)據(jù)構(gòu)建三峽庫(kù)區(qū)一維水動(dòng)力和水質(zhì)模擬模型.

(3) 以庫(kù)水位、調(diào)峰幅度、谷荷流量、蓄放方式為決策因子，制定典型工況群.結(jié)合構(gòu)建模型模擬得出不同工況對(duì)應(yīng)的庫(kù)區(qū)香溪河支流的水動(dòng)力條件.

(4) 設(shè)定典型的水質(zhì)邊界條件，結(jié)合構(gòu)建模型模擬得出不同工況對(duì)應(yīng)的庫(kù)區(qū)香溪河支流營(yíng)養(yǎng)鹽濃度變化以及以葉綠素質(zhì)量濃度表征的藻類數(shù)目的變化情況.

(5) 分析模擬數(shù)據(jù)，得出人控調(diào)度方案對(duì)庫(kù)區(qū)支流水動(dòng)力和水質(zhì)影響機(jī)制.

1.1 人控調(diào)度方案的典型化

人控調(diào)度方案包括電站日運(yùn)行方案(短期)和水庫(kù)水位蓄放方案(長(zhǎng)期)，典型化策略如下

1) 電站日運(yùn)行方案典型化

利用 9個(gè)參數(shù)典型化電站日運(yùn)行過程.基本假定：日運(yùn)行過程分為谷荷時(shí)段、早峰時(shí)段、腰荷時(shí)段和晚峰時(shí)段；各時(shí)間段內(nèi)流量相同，時(shí)間段間的過渡時(shí)段為線性變化過程.9個(gè)參數(shù)包括：谷荷時(shí)段開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間、早峰時(shí)段開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間、晚峰時(shí)段開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間、調(diào)峰幅度(晚峰時(shí)段泄流流量與谷荷時(shí)段泄流流量的差值)、早峰比例(早峰時(shí)段泄流流量與谷荷時(shí)段泄流流量的差值與調(diào)峰幅度的比值)、腰荷比例(峰荷時(shí)段泄流流量與腰荷時(shí)段泄流流量的差值與調(diào)峰幅度的比值).48時(shí)段的電站日運(yùn)行的典型化過程如圖 1所示.如果調(diào)峰幅度大于零且早峰比例和腰荷比例不等于零，則為雙峰運(yùn)行過程；如果調(diào)峰幅度大于零且腰荷比例等于零、早峰比例等于 1，則為單峰運(yùn)行過程；如果調(diào)峰幅度等于零，則為均值泄流運(yùn)行過程.綜上所述，改變 9個(gè)參數(shù)可有效表征電站實(shí)際日運(yùn)行過程.

圖1 電站日泄流過程示意Fig.1 Daily discharge of hydropower station

2) 水庫(kù)水位蓄放變動(dòng)典型化

當(dāng)調(diào)度期末的水庫(kù)庫(kù)水位確定時(shí)，調(diào)度期內(nèi)水庫(kù)水位蓄放變動(dòng)可表示為 3種基本過程：先升后降、先降后升和不蓄放變動(dòng)，如圖 2所示；其中先升后降和先降后升過程采取4個(gè)參數(shù)表征，即升水位過程的開始(結(jié)束)時(shí)間，水位幅值的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，降水位過程的結(jié)束(開始)時(shí)間；水庫(kù)實(shí)際水位蓄放過程雖較復(fù)雜，但仍可以表示為單一基本過程或3種基本過程的組合形式.

圖2 水庫(kù)水位變動(dòng)過程示意Fig.2 Courses of reservoir level fluctuation

1.2 實(shí)例模型的模擬范圍

三峽水庫(kù)一維水動(dòng)力和水質(zhì)模擬模型的模擬范圍包括干流和香溪河支流.其中干流模擬河段長(zhǎng)度為408.8,km，實(shí)測(cè)斷面數(shù)214個(gè)；香溪河支流模擬河段長(zhǎng)度25.0,km，實(shí)測(cè)斷面數(shù)12個(gè).為了保證模擬精度，香溪河斷面內(nèi)插補(bǔ)充到28個(gè)，斷面間距小于1,000,m.

1.3 模型基本方程

模型基本方程如式(1)～式(10)所示，其中水質(zhì)模擬分為營(yíng)養(yǎng)鹽物質(zhì)模擬和以葉綠素 a表征藻類數(shù)目的模擬.因缺少實(shí)測(cè)水質(zhì)資料，水質(zhì)模型參數(shù)統(tǒng)一采用現(xiàn)有研究成果.

式中：c為謝才系數(shù)；g為重力加速度，m/s2；n為糙率，取值0.04；q為單位河長(zhǎng)側(cè)向入流量，m2/s；u為水體流速，m/s；u*為摩阻流速，m/s；z 為水位，m；A 為過水?dāng)嗝婷娣e，m2；B為水面寬度，m；C為營(yíng)養(yǎng)鹽或葉綠素的平均質(zhì)量濃度，mg/m3；Ex為縱向離散系數(shù)，m2/s；h 為過水?dāng)嗝嫫骄?，m；Q 為流量，m3/s；R為水力半徑，m；S′為源、匯項(xiàng)，mg/(m?s)；為生化反應(yīng)項(xiàng)，mg/(m3?s)；μ為藻類生長(zhǎng)速率，1/d；Rd為藻類死亡速率，取值 0.08,d-1；f (T)為水溫影響函數(shù)；f (P)為磷影響函數(shù)；f (N)為氮影響函數(shù)；f (L′)為光照影響函數(shù)；f(u)為流速影響函數(shù)；μ20為溫度20,℃時(shí)藻類最大生長(zhǎng)速率，取值 1.2,d-1；θ為藻類生長(zhǎng)速率的溫度影響系數(shù)，取值1.066；T為水溫，℃；ρTP為水中TP的質(zhì)量濃度，mg/m3；KP為 TP的半飽和常數(shù)，取值20,mg/m3；ρTN為水中TN的質(zhì)量濃度，mg/m3；KN為TN的半飽和常數(shù)，取值300 mg/m3；Io為水面光輻射強(qiáng)度， k J/(m2?d)；Is為光半飽和常數(shù)，取值1,255.2, k J/(m2?d)； α為綜合消光系數(shù)，1/m；αw為水體消光系數(shù)，1/m；αa為藻類消光系數(shù)，m2/g.

2 人控調(diào)度方案對(duì)庫(kù)區(qū)支流水動(dòng)力的影響

采取9個(gè)參數(shù)控制的日雙峰泄流過程，0.5,h為單個(gè)時(shí)段；谷荷時(shí)段為 0：00—6：00，共12個(gè)時(shí)段；早峰時(shí)段為 8：00—11：00，共6 個(gè)時(shí)段；晚峰時(shí)段為 18：00—22：00，共8個(gè)時(shí)段.水庫(kù)水位蓄放過程暫且僅討論3種基本過程，并設(shè)定相同的水位幅值的開始和結(jié)束時(shí)間.人控調(diào)度方案的指標(biāo)命名為：調(diào)峰運(yùn)行(TF)或均值泄流運(yùn)行(NTF)、谷荷流量QVQ(m3/s)、調(diào)峰幅度QLPQ(m3/s)、庫(kù)水位 L(m)、先升后降(UD)、先降后升(DU)或不蓄放變動(dòng)(S)；綜上所述，三峽樞紐的人控調(diào)度方案可表達(dá)為：TF/NTF+QVQ+QLPQ+L+UD/DU/S，“/”代表“或”.除此以外，視模擬期三峽水庫(kù)出入庫(kù)流量平衡，因缺乏詳細(xì)的支流月徑流過程，支流進(jìn)口流量暫設(shè)定為多年平均流量[10].不同工況模擬結(jié)果如圖3～圖7所示.分析可得：

(1) 三峽電站調(diào)峰運(yùn)行條件下香溪河支流斷面流速為正負(fù)交替過程，表明干支流之間水體進(jìn)行了交換和摻混，形成了“感潮”河段.越往支流的上游，斷面流速過程的幅值降低，調(diào)峰運(yùn)行對(duì)支流水動(dòng)力的影響減弱.

圖3 不同三峽庫(kù)水位下香溪河支流不同斷面的流速對(duì)比Fig.3 Comparison of velocity of Xiangxi tributary under Fi g.3 different reservoir levels

圖4 不同電站調(diào)峰幅度下香溪河支流不同斷面的流速Fig.4 Velocity of Xiangxi tributary at different sections under peak-load flow of different hydropower stations

圖5 不同谷荷流量下香溪河支流不同斷面的流速Fig.5 Velocity of Xiangxi tributary at different sections under different valley flows

圖6 相同日均泄流和不同電站泄流方式下香溪河支流不同斷面的流速Fig.6 Velocity of Xiangxi tributary at different sections under the same daily generating flow but of different hydropower Fig.6 stations flow course

圖7 10日調(diào)度期不同蓄放方式下的香溪河汊口斷面流速和水位Fig.7 Velocity and water level under different reservoir level fluctuations of Xiangxi tributary in 10 d

(2) 在其他邊界條件相同時(shí)，三峽電站調(diào)峰幅度越大或庫(kù)水位越低，香溪河支流斷面流速過程的幅值越大，干支流水體交換摻混增強(qiáng)，支流水動(dòng)力條件得到改善，如圖 3和圖 4所示.結(jié)果表明，調(diào)峰幅度和庫(kù)水位都是支流水動(dòng)力條件的顯著影響因子.

(3) 在其他邊界條件相同時(shí)，不同谷荷流量對(duì)應(yīng)的香溪河支流斷面流速過程的幅值差別較小，如圖 5所示.但是在三峽電站日均泄流量確定條件下，谷荷流量越小，對(duì)應(yīng)的調(diào)峰幅度越大，支流斷面流速過程的幅值顯著增加，干支流水體交換摻混增強(qiáng)，支流水動(dòng)力條件得到改善，如圖 6所示.因此，谷荷流量為支流水動(dòng)力條件的間接影響因子.

(4) 如圖7所示，由于都采取日調(diào)峰運(yùn)行且調(diào)峰幅度保持不變，3種水庫(kù)蓄放方式下香溪河支流的斷面流速呈現(xiàn)正負(fù)交替過程，實(shí)現(xiàn)了干支流水體的交換和摻混.但是與不蓄放變動(dòng)方式相比，先升后降和先降后升兩種方式在前、后各5,d時(shí)間內(nèi)的流速過程的正、負(fù)幅值或增大、或減小，初步判定：流速幅值提高可以增加5,d跨度內(nèi)干流匯入支流水量和支流匯出干流水量，實(shí)現(xiàn)10,d跨度內(nèi)更大強(qiáng)度的干支流水量交換，從而改善支流水動(dòng)力條件.具體交換機(jī)制和交換強(qiáng)度仍需通過垂向二維水流模擬模型進(jìn)行詳細(xì)分析.

綜述所述，水庫(kù)蓄水運(yùn)行后，其人控調(diào)度方案可較明顯影響庫(kù)區(qū)支流的水動(dòng)力條件以及干支流水體交換和摻混，進(jìn)而對(duì)支流水質(zhì)條件產(chǎn)生影響.

3 人控調(diào)度方案對(duì)庫(kù)區(qū)支流水質(zhì)污染物的影響

針對(duì)“水華”污染現(xiàn)象，只考慮總磷和總氮兩種營(yíng)養(yǎng)鹽污染物.為了突出不同人控調(diào)度方案(對(duì)應(yīng)水動(dòng)力條件改變)對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽污染物輸移和擴(kuò)散的影響，再加上缺乏實(shí)測(cè)資料，模擬中不考慮污染物自身的生化反應(yīng).水質(zhì)邊界條件為干流污染物質(zhì)量濃度ρMRC(mg/L)、支流污染物初始質(zhì)量濃度ρTRC(mg/L)、支流上游進(jìn)口污染物質(zhì)量濃度ρTRInC(mg/L)等 3項(xiàng)指標(biāo)組合，表達(dá)為ρMRC+ρTRC+ρTRInC.本研究不考慮支流沿程匯入污染物質(zhì)量濃度，視ρTRInC低于ρTRC.模擬時(shí)間跨度為 7,d和 20,d(根據(jù)三峽水庫(kù)庫(kù)容特性和非汛期月均來流特點(diǎn)設(shè)定)兩種，模擬結(jié)果如圖 8～圖 11所示.分析可知.

(1)當(dāng)三峽樞紐調(diào)峰運(yùn)行時(shí)，在干支流交匯口將形成“人工潮汐”作用，干支流水體交換和摻混.當(dāng)干流污染物質(zhì)量濃度高于支流污染物質(zhì)量濃度時(shí)，交匯口上游一段支流內(nèi)的水體污染物質(zhì)量濃度增加；反之則減小.而且這種影響將隨著時(shí)間延續(xù)不斷向上游延伸，直至達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài).

圖8 香溪河支流沿程末時(shí)污染物質(zhì)量濃度Fig.8 Final contamination concentration of Xiangxi tributary

圖9 不同庫(kù)水位下的香溪河支流污染物質(zhì)量濃度Fig.9 Contamination concentration of Xiangxi tributary under different reservoir levels

圖10 不同調(diào)峰幅度下的香溪河支流污染物質(zhì)量濃度Fig.10 Contamination concentration of Xiangxi tributary under different peak-load flows

(2)當(dāng)三峽調(diào)峰泄流方式和水質(zhì)邊界相同時(shí)，145.0,m庫(kù)水位下支流上游的污染物質(zhì)量濃度變化幅度明顯優(yōu)于175.0,m庫(kù)水位下的結(jié)果.主要原因?yàn)椋弘S著庫(kù)水位的降低，支流上游的流速和水面坡降增大，更有利于污染物的輸移和擴(kuò)散，污染物質(zhì)量濃度越低.在干支流交匯口處，影響污染物輸移擴(kuò)散的主要因素為干支流水體交換和摻混，145.0,m庫(kù)水位時(shí)的干支流水體交換和流速波動(dòng)幅度大于庫(kù)水位175.0,m時(shí)的結(jié)果，因此，其對(duì)應(yīng)的污染物質(zhì)量濃度變化過程的波動(dòng)也更大，但污染物平均質(zhì)量濃度區(qū)別較小.

(3)當(dāng)三峽庫(kù)水位和支流水質(zhì)邊界相同時(shí)，調(diào)峰幅度增加可加強(qiáng)干支流水體的摻混和交換；在交匯口上游的香溪河支流“感潮”河段范圍內(nèi)，斷面污染物質(zhì)量濃度為波動(dòng)變化過程，而且調(diào)峰幅度越大，污染物質(zhì)量濃度越低；但對(duì)于“感潮”河段上游的河段，調(diào)峰幅度值對(duì)污染物質(zhì)量濃度無明顯影響.

圖11 不同蓄放方式的香溪河污染物平均質(zhì)量濃度Fig.11 Average contamination concentration of Xiangxi Fig.11 tributary under different reservoir level fluctuations

(4)如圖 11所示，以20,d為調(diào)度期，在交匯口上游的香溪河支流“感潮”河段范圍內(nèi)，先升后降的水位蓄放方式下的污染物質(zhì)量濃度最低，先降后升的水位蓄放方式下的污染物質(zhì)量濃度最高.而支流上游進(jìn)口的下游區(qū)域呈現(xiàn)相反情況，先升后降方式下的污染物質(zhì)量濃度最高，而先降后升方式下的污染物質(zhì)量濃度最低.不蓄放變動(dòng)方式的污染物質(zhì)量濃度屬于3種方式的中間位置.產(chǎn)生上述結(jié)果的原因初步分析為不同水位蓄放方式引起了整個(gè)支流范圍內(nèi)不同的干支流水體交換和摻混作用.先升后降蓄放方式使得升水位階段干流污染物質(zhì)量濃度更低的水體進(jìn)入到支流，但同時(shí)也減少支流進(jìn)口流量向下游流動(dòng)的速度；而先降后升蓄放方式在降水位階段拉動(dòng)了支流進(jìn)口流量向下游流動(dòng)的速度，但同時(shí)也減少了干流水體進(jìn)入到支流的程度.此外，支流中間河段末時(shí)污染物質(zhì)量濃度等于初始濃度，其原因除了人工潮汐作用無法影響到此區(qū)域外，還因?yàn)槟M時(shí)間有限，污染物輸移仍在繼續(xù)；如果模擬時(shí)間充分，支流污染物質(zhì)量濃度都將最終穩(wěn)定到水動(dòng)力和水質(zhì)邊界的綜合影響數(shù)值.

4 人控調(diào)度方案對(duì)庫(kù)區(qū)支流藻類生長(zhǎng)的影響

“水華”污染現(xiàn)象的外在表現(xiàn)就是藻類數(shù)目超標(biāo).目前通常以葉綠素 Chla質(zhì)量濃度表征藻類的數(shù)目.按照中國(guó)湖泊營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)Chla質(zhì)量濃度超過 100.0,mg/m3時(shí)，水體進(jìn)入富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài).為了反映人控調(diào)度運(yùn)行方式對(duì)藻類生長(zhǎng)的影響，選取豐水年中光照和水溫最適合藻類生長(zhǎng)的 4、5月份作為研究時(shí)間段，通過模擬得到不同人控調(diào)度方案的 Chla質(zhì)量濃度變化.模擬工況如表1所示，單次模擬時(shí)間跨度為30,d，DU或UD方式的蓄或放時(shí)間跨度都為15,d.藻類生長(zhǎng)的影響參數(shù)的取值參見文獻(xiàn)[11].水體總磷和總氮質(zhì)量濃度假定不變，取高負(fù)荷等級(jí)對(duì)應(yīng)數(shù)值，分別為 0.14,mg/L[10]和 3.79,mg/L[10].具體模擬結(jié)果如圖12～圖13所示.

分析模擬結(jié)果可得：

(1) 5種工況下的整個(gè)支流水體 Chla質(zhì)量濃度都在增加，最大變幅為工況 1，從 1.0,mg/m3增加到接近 60 mg/m3.數(shù)據(jù)驗(yàn)證了 4、5月份的外界條件適宜藻類生長(zhǎng)的結(jié)論；同時(shí)也表明在此時(shí)間段，三峽庫(kù)區(qū)支流局部區(qū)域，特別是上游庫(kù)灣處，很可能爆發(fā)“水華”污染現(xiàn)象，必須嚴(yán)加監(jiān)測(cè)和控制.

表1 不同人控調(diào)度方案下的藻類生長(zhǎng)模擬工況Tab.1 Algae simulation work conditions under different human controlled dispatching solutions

(2) 與不調(diào)峰運(yùn)行方式相比，調(diào)峰運(yùn)行產(chǎn)生的“人工潮汐”作用加強(qiáng)了干支流水體的交換和摻混，增加了支流水體的流速，因此，干支流交匯口上游的支流某段范圍內(nèi) Chla平均質(zhì)量濃度都顯著降低；除此以外，支流感潮河段上游的 Chla平均質(zhì)量濃度也降低了一定幅度.相同出流條件下，調(diào)峰幅度越大，支流水體 Chla質(zhì)量濃度的降幅也越大，改善越明顯.結(jié)果表明，三峽樞紐采取調(diào)峰運(yùn)行可減緩藻類生長(zhǎng)速率，降低支流發(fā)生“水華”污染現(xiàn)象的幾率.

(3) 工況 3、4除了調(diào)峰運(yùn)行產(chǎn)生的“人工潮汐”作用外，先升后降和先降后升的蓄放方式實(shí)現(xiàn)了整個(gè)模擬周期的干支流水體交換和摻混，而且交換和摻混在整個(gè)支流范圍內(nèi)進(jìn)行.因此，采取上述兩種蓄放方式的香溪河支流上游河段的Chla平均質(zhì)量濃度明顯低于僅采取調(diào)峰運(yùn)行方式工況的模擬結(jié)果.而在交匯口上游的香溪河河段內(nèi)，工況 2、3、4的 Chla平均質(zhì)量濃度相差較小，表明調(diào)峰運(yùn)行方式是支流感潮河段Chla質(zhì)量濃度變化最重要的影響因子.

(4) 不同蓄放方式下，模擬期內(nèi)三峽樞紐庫(kù)水位和發(fā)電水頭是不相同的.先降后升方式雖然改善水質(zhì)最優(yōu)，但是平均發(fā)電水頭的降低將增加三峽電站的發(fā)電耗水率，減少發(fā)電量.因此，進(jìn)行耦合水質(zhì)目標(biāo)的三峽樞紐多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度研究時(shí)，必須綜合考慮庫(kù)水位變動(dòng)對(duì)多目標(biāo)的影響，以此為基礎(chǔ)制定最權(quán)衡的多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度策略.

圖12 不同工況的庫(kù)水位變化過程Fig.12 Reservoir level fluctuation of different work conditions

圖13 香溪河支流Chla平均質(zhì)量濃度Fig.13 Average Chla concentration of Xiangxi tributary

5 結(jié) 語

以三峽水庫(kù)為例，結(jié)合實(shí)測(cè)資料構(gòu)建了三峽庫(kù)區(qū)一維水動(dòng)力和水環(huán)境模擬模型，通過典型化三峽樞紐的調(diào)度方式，詳細(xì)探討了不同調(diào)度方式和不同蓄放方式對(duì)庫(kù)區(qū)支流水動(dòng)力和水環(huán)境的影響.研究結(jié)果表明，調(diào)峰運(yùn)行方式和不同蓄放方式可實(shí)現(xiàn)“人工潮汐”作用和整個(gè)支流范圍內(nèi)的干支流水體交換和摻混，對(duì)改善支流水環(huán)境有利.但是一維水動(dòng)力和水環(huán)境模擬模型無法反映深水水庫(kù)中干支流水體垂向摻混和交換機(jī)制，因此，在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，通過三維水流模擬詳細(xì)分析干支流水體交換和摻混機(jī)制以及人控調(diào)度方案下的支流水質(zhì)快速預(yù)測(cè)是需要進(jìn)一步研究的重點(diǎn).

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Preliminary Research on Influence Mechanism of Human Controlled Dispatching Solutions to Hydrodynamics and Water Quality of Tributaries of Reservoir

MA Chao，LIAN Ji-jian
(School of Civil Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

Hydrodynamics and water quality of the tributaries will be noticeably changed after the impoundment of the reservoir. In this situation, different human controlled dispatching solutions will create different flow processes of the outlet section and reservoir water level fluctuation, which will change hydrodynamics of the tributaries. Water quality of the tributary will also be influenced. Based on the above conclusion, one-dimensional hydrodynamic and water quality simulation model of Three-Gorge reservoir was developed with measured topographic data. Influence of different human controlled dispatching solutions on hydrodynamics and water quality of the tributaries was analyzed.Simulation results of Xiangxi tributary showed that peak load operation and reservoir water level fluctuation could generate artificial tide and water exchange between main stream and tributaries. Velocity of the tributaries also increased. All of above are helpful to improve water quality of the tributaries.

human controlled dispatching solution；tributary；hydrodynamics；water quality；influence mechanism；Three-Gorge reservoir；Xiangxi tributary

X524

A

0493-2137(2011)03-0202-08

2009-11-05；

2010-05-04.

“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2008BAB29B09)；國(guó)家杰出青年基金資助項(xiàng)目(50725929).

馬 超（1981— ），男，博士，講師.

馬 超，mac_tju@126.com.