金盆水庫(kù)熱分層特性及揚(yáng)水曝氣系統(tǒng)運(yùn)行效果研究

黃廷林,譚欣林,李 揚(yáng),龍圣海

(西安建筑科技大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院,陜西 西安710055)

水溫和熱量平衡是湖泊、水庫(kù)最基本的物理過程,對(duì)水體自身的理化過程及水生生物的新陳代謝有重要影響,進(jìn)而影響水質(zhì)的演變及水生生態(tài)系統(tǒng)的演替[1,2].對(duì)于深水型水庫(kù),在高溫時(shí)期,水體會(huì)由于垂向溫度差異較大產(chǎn)生水體溫度分層現(xiàn)象,中層水體會(huì)以溫躍層的形式存在底部等溫層以上,阻隔垂向水體的物質(zhì)與熱量交換,等溫層水體處于缺氧狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)等溫層溶解氧甚至降低至0 mg/L,在厭氧環(huán)境下,沉積物中的氮、磷、鐵、錳及有機(jī)質(zhì)會(huì)向上覆水體中釋放[3-5].之后由于環(huán)境溫度的降低,水體進(jìn)行自然混合,導(dǎo)致下層受內(nèi)源污染水體擴(kuò)散到全層,導(dǎo)致整個(gè)水體的氮、磷含量顯著升高,促進(jìn)藻類等浮游植物的大量繁殖,引發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化,嚴(yán)重影響供水水質(zhì)[6].因此,開展水庫(kù)熱力學(xué)狀況的研究有助于深入了解、認(rèn)識(shí)水庫(kù)水體的理化過程及生態(tài)演變規(guī)律,進(jìn)而更好地保護(hù)水源水庫(kù)水質(zhì).

自然環(huán)境及人為因素的改變會(huì)影響水庫(kù)的熱分層結(jié)構(gòu),進(jìn)而影響水質(zhì).如氣象條件的改變會(huì)影響水庫(kù)的物理特性,包括水溫結(jié)構(gòu)、水體熱交換、混合層厚度、水體分層的起止時(shí)間等[7].曾康等[8]研究發(fā)現(xiàn)汛期高濁水的潛入會(huì)使金盆水庫(kù)的熱穩(wěn)定性減弱,同時(shí)會(huì)惡化水質(zhì)；Tuan等[9]研究發(fā)現(xiàn)風(fēng)速、風(fēng)向上淺水湖泊中熱量的混合作用會(huì)產(chǎn)生一定影響；劉明亮等[10]對(duì)新安江水庫(kù)熱力學(xué)狀況及熱分層的研究發(fā)現(xiàn)新安江水庫(kù)表層和中層水溫與氣溫存在顯著的線性相關(guān)；孫昕等[11]對(duì)金盆水庫(kù)的研究發(fā)現(xiàn)短波輻射是溫躍層形成的主要影響因素；巨拓等[12]的研究發(fā)現(xiàn)在黑河金盆水庫(kù)自然熱分層末期應(yīng)用揚(yáng)水曝氣技術(shù)可使水庫(kù)提前混合,實(shí)現(xiàn)人工強(qiáng)制混合與水體自然混合的有機(jī)銜接,持續(xù)改善水質(zhì),保障供水安全.

基于MIKE3中的水動(dòng)力及水溫模型,對(duì)西安市黑河金盆水庫(kù)的水體動(dòng)態(tài)溫度分層進(jìn)行系統(tǒng)的模擬研究,探究氣象及水力因素的變化對(duì)水體溫度分層及其穩(wěn)定性的影響,并比較了2014年實(shí)際運(yùn)行揚(yáng)水曝氣系統(tǒng)與模擬的未運(yùn)行揚(yáng)水曝氣系統(tǒng)的水庫(kù)潛在勢(shì)能APE值,旨在為揚(yáng)水曝氣系統(tǒng)科學(xué)運(yùn)行提供依據(jù),保障金盆水庫(kù)供水水質(zhì)安全.

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)域概況

西安市黑河金盆水庫(kù)位于陜西省西安市周至縣境內(nèi)(見圖1)，東鄰西安市鄠邑區(qū)；西接寶雞市眉縣；南靠陜西省漢中市城固縣、佛坪縣；北臨興平渭河中游段，距西安市主城區(qū)86 km.黑河是其主干流，河流總長(zhǎng)度為 91.2 km，位于秦嶺深處，發(fā)源于秦嶺山脈太白山北麓，四周地形陡峭，植被茂盛，人類活動(dòng)少，沒有工廠，無(wú)水污染，生態(tài)保護(hù)較好，是最佳的城市供水水源，其上游區(qū)域森林覆蓋率達(dá)46.5%，列為“太白山自然保護(hù)區(qū)”.黑河多年平均徑流量為8.17 億m3，是西安市徑流量最大的河流，由一百多條支流匯成，其中流域面積大于100 km2的支流主要有板房子河、虎豹河、王家河、東河、沙河、田峪河、大蟒河等[13].

揚(yáng)水曝氣系統(tǒng)(water-lifting aerators,WLAs)是一種綜合性深水型湖庫(kù)原位水質(zhì)改善技術(shù),該技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)數(shù)座飲用水水庫(kù),金盆水庫(kù)2010年正式投入運(yùn)行揚(yáng)水曝氣系統(tǒng), 共設(shè)置8臺(tái)揚(yáng)水曝氣器，呈梅花型分散布置于水庫(kù)壩址前主庫(kù)區(qū)范圍內(nèi),曝氣器的設(shè)計(jì)間距為250～300 m，具體布置如圖1.本次研究區(qū)域?yàn)樽躁惡涌谥链髩螇沃诽?其間無(wú)支流匯入,全長(zhǎng)約25 km.

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

監(jiān)測(cè)點(diǎn)S1(坐標(biāo)為34°2′41′′N;108°12′39′′E)位于庫(kù)區(qū)取水口附近(見圖1),具有主庫(kù)區(qū)最大水深,且位于水庫(kù)中泓線處,能夠較為準(zhǔn)確的表征整個(gè)主庫(kù)區(qū)的水體情況.自2011年起對(duì)S1、S2監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行持續(xù)的水體監(jiān)測(cè).使用美國(guó)HACH公司的Hydro-lab DS5型多參數(shù)水質(zhì)分析儀進(jìn)行原位的監(jiān)測(cè),主要監(jiān)測(cè)的指標(biāo)有水體的溫度、水深等.其中溫度的檢測(cè)原理為熱敏電阻法,有效測(cè)量范圍為-5～50 ℃,測(cè)量精度達(dá)到±0.1 ℃.水深則采用壓敏電阻法測(cè)量,測(cè)量范圍0～200 m,精度達(dá)到±0.1 m.檢測(cè)區(qū)域?yàn)榇瓜蛩w自水面以下0.5 m至庫(kù)底以上0.5 m區(qū)域,每間隔5 m進(jìn)行檢測(cè),監(jiān)測(cè)周期為每周一次[14].

圖1 黑河金盆水庫(kù)揚(yáng)水曝氣器及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖Fig.1 Arrangement of water-lifting aerators and monitoring points in the Heihe Jinpen Reservoir

模型中所需要的氣象數(shù)據(jù)的日平均值如太陽(yáng)短波輻射、氣溫、降雨、蒸發(fā)、風(fēng)速、相對(duì)濕度等由西安市氣象局提供,水文數(shù)據(jù)如出、入庫(kù)流及入庫(kù)水溫等的日平均值來(lái)源于市金盆水庫(kù)管理局.

1.3 模型設(shè)置

MIKE3軟件是由丹麥水力學(xué)研究所研制的系列數(shù)值計(jì)算與模擬軟件,由于其具有較高的準(zhǔn)確性和交互性,廣泛應(yīng)用于湖庫(kù)及河網(wǎng)的相關(guān)模擬研究[15].本研究應(yīng)用MIKE3軟件建立黑河金盆水庫(kù)的水溫及水動(dòng)力模型,探究氣象及水力條件對(duì)水體的熱分層結(jié)構(gòu)的影響.本研究的模擬區(qū)域?yàn)楹诤铀畮?kù)全流域，全長(zhǎng)為25 km，地形資料為使用水深儀及手持GPS儀在580 m水位時(shí)期測(cè)定的實(shí)測(cè)庫(kù)底地形,模型采用三角非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,總網(wǎng)格數(shù)為4 856個(gè).垂向網(wǎng)格劃分采用sigma和z-level的混合劃分,水體表層至水下20 m水深區(qū)域采用sigma劃分法，均分為8層,20 m至庫(kù)底區(qū)域使用z-level法進(jìn)行劃分，均分為10層.模擬的時(shí)長(zhǎng)為366 d,自2012年1月1日至2012年12月31日,時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置為120 s.模型中涉及的環(huán)境條件主要有庫(kù)區(qū)及氣象站提供的當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度、空氣濕度、水雨情.初始條件為模擬開始時(shí)間水體的實(shí)測(cè)垂向水溫、水位.模型的邊界條件主要是將庫(kù)區(qū)的四周設(shè)置為陸地邊界,庫(kù)底設(shè)置為帶有底床阻力邊界,導(dǎo)入實(shí)測(cè)庫(kù)區(qū)地形,以上游入庫(kù)口的出入庫(kù)流量及水溫條件作為模型的水動(dòng)力學(xué)及水溫模型的邊界條件.水平方向采用Smagorinsky模型,垂向采用為k-ε模型.其水動(dòng)力學(xué)模型及溫度模型中的主要控制方程包括流體連續(xù)性方程、流體動(dòng)量方程、k-ε方程和溫度的對(duì)流擴(kuò)散方程：

連續(xù)性方程：

(1)

動(dòng)量方程：

(2)

溫度對(duì)流擴(kuò)散方程：

(3)

k方程：

(4)

ε方程：

(5)

上述各式中:ρ為水體密度,cs為水的狀態(tài)參數(shù),ui為xi方向的速度分量,p為壓力,gi為重力矢量,vt為垂向紊動(dòng)粘性系數(shù),δ為克羅奈克函數(shù),β為熱膨脹系數(shù),k為紊動(dòng)動(dòng)能,t為時(shí)間,T為溫度,QH為熱量交換量,cp為水的比熱,σT為普朗特?cái)?shù),Ωij為克氏張量,s指各自的源匯項(xiàng)[17].

根據(jù)近10年(2005～2014年)的水文及氣象資料,選取其中典型太陽(yáng)短波輻射量、氣溫、入庫(kù)流量值，設(shè)置7 個(gè)模擬工況(SC0—SC6),以探究金盆水庫(kù)水體熱分層對(duì)水文及氣象條件的響應(yīng)特征.選取歷年的平均水文、氣候值作為模擬的基準(zhǔn)工況(SC0)，因2012年年均值與近10年的年均值相對(duì)最接近，故以2012年實(shí)測(cè)的氣溫、出入庫(kù)流量作為日均值.其他工況則以歷年資料中出現(xiàn)的極端氣候和水文數(shù)據(jù)作為模擬條件，以期探究水文及氣候的極端變化對(duì)水庫(kù)熱分層結(jié)構(gòu)的影響.具體工況設(shè)置如表1所示.

1.4 熱分層穩(wěn)定性指標(biāo)

為了探究氣象及水力條件對(duì)溫度分層的影響，引入水體熱分層指數(shù),對(duì)水庫(kù)熱分層穩(wěn)定性進(jìn)行定量的數(shù)學(xué)表示.目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于水體熱分層穩(wěn)定性定量計(jì)算的指標(biāo)主要有APE(Available Potential Energy)指數(shù)[18]、Lake number[19]、Schmidt 穩(wěn)定系數(shù)[19]、Wedderburn指數(shù)[19]和RWCS(Relative WaterColumn Stability)指數(shù)[20]等.

表1 不同模擬工況下水文與氣象條件

注：SC1-2工況條件下太陽(yáng)短波輻射量為2007年和2005年觀測(cè)到的極端值；SC3-4工況條件下的氣溫?cái)?shù)據(jù)為2013年和2011年觀測(cè)到的極端值；SC5-6工況條件下的入流量數(shù)據(jù)為2011年和2008年上游水文站觀測(cè)到的極端值；其余數(shù)據(jù)則根據(jù)控制變量法取用基準(zhǔn)工況下的數(shù)值.

其中,Lake number指數(shù)主要用于描述由于風(fēng)力引起的湖庫(kù)水體內(nèi)部混合過程,不適用于深水型水庫(kù);Schmidt穩(wěn)定系數(shù)和Wedderburn指數(shù)計(jì)算需要大量的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理及算法上相對(duì)較復(fù)雜，并且其在深水型水庫(kù)的應(yīng)用較少,難以得到客觀的比較和結(jié)論;RWCS指數(shù)僅考慮了表層與底層水體密度差異,無(wú)法對(duì)水體的垂向溫度分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確的描述,對(duì)于水體熱分層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性較差.APE指數(shù)其計(jì)算原理是計(jì)算水體完全混合所需要的位能,因此，APE指數(shù)較高說(shuō)明水體熱分層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，反之說(shuō)明分層結(jié)構(gòu)較弱.綜合考慮各個(gè)指標(biāo)的算法，本研究選用APE指數(shù)作為評(píng)價(jià)黑河金盆水庫(kù)熱分層穩(wěn)定性的指標(biāo),其計(jì)算公式如下所示：

(6)

式中:ρ*為水體平均密度(kg/m3),ρ為對(duì)應(yīng)水層處密度(kg/m3),D為總水深(m),g為重力矢量,z為積分運(yùn)算中的微元深度[17].

2 結(jié)果與分析

2.1 模型的率定和驗(yàn)證

模型的部分參數(shù)是通過參考相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行確定,關(guān)鍵參數(shù)則是采用金盆水庫(kù)2011年全年的實(shí)測(cè)水溫及氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行確定,經(jīng)過最終率定及調(diào)整確定參數(shù)值如表2所示.

表2 模型的主要參數(shù)

分別選取水庫(kù)混合期的2月、分層形成期的5月、穩(wěn)定分層期的7、9月以及分層減弱期的10月和12月,對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)垂向斷面的水溫模型計(jì)算值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果如圖2所示.從圖中可以看出模型計(jì)算值與實(shí)測(cè)值擬合較好,能夠較好模擬出水庫(kù)垂向水溫分布結(jié)構(gòu)以及溫度分層特征在垂向上的形成、發(fā)展過程,對(duì)分層型的金盆水庫(kù)水溫結(jié)構(gòu)演變規(guī)律具有較好模擬效果.

圖2 2012年主庫(kù)區(qū)垂向水溫計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比Fig.2 Comparison of calculated vertical profiles of water temperature in the reservoir with measurements in 2012

將相同水深處實(shí)測(cè)與模擬水溫進(jìn)行相關(guān)性驗(yàn)證(圖3),所有的散點(diǎn)均緊密分布在y=0.99x+0.11的直線附近,其判定系數(shù)R2為0.912(數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)n=552),平均相對(duì)誤差為1.42%,最大相對(duì)誤差為8.2%.進(jìn)而證明了所建立的水溫模型對(duì)金盆水庫(kù)三維水溫有較好的模擬能力.

圖3 實(shí)測(cè)與模擬水溫相關(guān)性驗(yàn)證Fig.3 The verification of the correlation between the measured and simulated water temperature was verified

2.2 太陽(yáng)輻射對(duì)熱分層結(jié)構(gòu)的影響

太陽(yáng)輻射對(duì)水溫的影響主要是通過熱輻射的形式,水體對(duì)太陽(yáng)熱輻射進(jìn)行吸收,傳導(dǎo)、熱對(duì)流,從而導(dǎo)致熱量在垂向上相互傳遞.主要形式有表層水體對(duì)流傳導(dǎo)、蒸發(fā)損失、太陽(yáng)的長(zhǎng)波輻射及短波輻射.對(duì)于深水型水庫(kù),表層的熱交換對(duì)水體熱分層影響相對(duì)較小,太陽(yáng)短波輻射是中下層水體的主要能量來(lái)源.結(jié)合金盆水庫(kù)水體實(shí)測(cè)水溫及相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)分析，得到APE指數(shù)與水體分層時(shí)期的對(duì)應(yīng)關(guān)系,發(fā)現(xiàn)在分層形成期,0.05

結(jié)果表明(圖4),高強(qiáng)度的太陽(yáng)短波輻射條件下水體APE指數(shù)顯著增加,但對(duì)水庫(kù)分層的起止時(shí)間沒有明顯影響.這是由于較強(qiáng)的太陽(yáng)短波輻射能為中下層水體提供更多的熱量,但由于其輻射強(qiáng)度隨水深的衰減,底部水體受到的影響較小,從而導(dǎo)致垂向溫差變大,水體溫度分層結(jié)構(gòu)得到增強(qiáng).

圖4 太陽(yáng)短波輻射對(duì)金盆水庫(kù)熱分層指數(shù)的影響Fig.4 Effect of solar shortwave radiation on thermal stratification index of Jinpen Reservoir

2.3 氣溫對(duì)熱分層結(jié)構(gòu)的影響

水庫(kù)水體由于其更新周期較長(zhǎng),垂向水體的溫度差異主要是通過太陽(yáng)輻射及表面熱交換造成[21].因此,為探究環(huán)境氣溫對(duì)水體熱分層的影響,將歷年中發(fā)生的極端溫度作為計(jì)算工況與基準(zhǔn)工況進(jìn)行對(duì)比模擬研究,結(jié)果如圖5.可以得到,較高的環(huán)境氣溫會(huì)導(dǎo)致水體的APE指數(shù)升高,水體熱分層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增強(qiáng),水體提前進(jìn)入熱分層狀態(tài),較基準(zhǔn)工況條件下提早15 d,并且分層時(shí)期時(shí)長(zhǎng)增加了6 d.而低氣溫狀態(tài)下,水體的APE指數(shù)整體偏低,熱分層開始時(shí)間與基準(zhǔn)工況基本吻合,但持續(xù)時(shí)間有所減少,水體提前5 d進(jìn)入自然混合期.

圖5 氣溫對(duì)金盆水庫(kù)熱分層指數(shù)的影響Fig.5 Effect of air temperature on thermal stratification index of Jinpen Reservoir

2.4 入庫(kù)流量對(duì)水溫結(jié)構(gòu)的影響

對(duì)于深水型水庫(kù),其水溫結(jié)構(gòu)的變化主要是由于垂向各個(gè)水層的熱量傳遞分配造成的,包括水體內(nèi)部的熱量傳遞以及外部熱量的輸入.水庫(kù)其水量長(zhǎng)期保持穩(wěn)定,水體流速較為緩慢,所以通常情況下外部的熱量輸入較少.但通過之前對(duì)黑河金盆水庫(kù)的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),在雨季,連續(xù)的強(qiáng)降雨會(huì)導(dǎo)致入庫(kù)流量快速增加,暴雨所產(chǎn)生的徑流由于溫度及濁度的差異會(huì)以潛流的形式潛入到主庫(kù)區(qū)水體密度相對(duì)應(yīng)的水層處,從而對(duì)水溫結(jié)構(gòu)有較大影響[22].根據(jù)近十年的氣象水文資料,選取其中極端的入庫(kù)流量進(jìn)行模擬研究.水體APE指數(shù)的變化如圖6所示.在高入流條件下,水體在穩(wěn)定分層期，其APE指數(shù)較基準(zhǔn)工況下低0.2 J/m3,水體熱分層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性減弱,并且熱分層結(jié)構(gòu)提前5 d破壞,水體提早進(jìn)入自然混合時(shí)期.較低的入庫(kù)流量導(dǎo)致水體處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài),從圖6可知,低入流條件下,在分層初期其熱分層結(jié)構(gòu)較基準(zhǔn)工況穩(wěn)定,平均APE指數(shù)為0.07 J/m3,穩(wěn)定分層時(shí)期雖然APE指數(shù)有所下降,但熱分層結(jié)束時(shí)期較基準(zhǔn)工況延長(zhǎng)3 d,表明低入流條件下有利于水體溫度分層的形成及維持.

圖6 入庫(kù)流量對(duì)金盆水庫(kù)熱分層指數(shù)的影響Fig.6 Effect of inflow on thermal stratification index of Jinpen Reservoir

2.5 揚(yáng)水曝氣系統(tǒng)對(duì)金盆水庫(kù)熱分層及水質(zhì)的影響

由于溫躍層的存在導(dǎo)致表層變溫層與底層等溫層之間熱量、溶解氧及氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽傳質(zhì)受阻,等溫層水體呈現(xiàn)一定程度的營(yíng)養(yǎng)鹽積累,溶解氧傳質(zhì)受阻,并且由于底部沉積物的耗氧作用,導(dǎo)致等溫層在溫度分層時(shí)期處于缺氧甚至無(wú)氧狀態(tài),而底部沉積物在厭氧狀態(tài)下,會(huì)向上覆水體釋放氨氮、正磷酸鹽、鐵錳等物質(zhì),導(dǎo)致水庫(kù)季節(jié)性水質(zhì)污染,嚴(yán)重威脅水庫(kù)安全供水[23].

就2014年揚(yáng)水曝氣系統(tǒng)運(yùn)行期間來(lái)看,系統(tǒng)運(yùn)行前,金盆水庫(kù)底層水體TP、Fe、Mn濃度分別為0.041 mg/L、0.56 mg/L和0.61 mg/L,系統(tǒng)運(yùn)行56 d之后垂向水體混合,水體DO由系統(tǒng)運(yùn)行前的2 mg/L以下上升到約9 mg/L,TP、Fe、Mn濃度分別降至0.013 mg/L、0.22 mg/L和0.09 mg/L,達(dá)到了改善水質(zhì)的良好效果.揚(yáng)水曝氣系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束后,水庫(kù)呈完全混合狀態(tài),垂向水體溶解氧保持在較高水平,實(shí)現(xiàn)了水體的人工誘導(dǎo)混合.監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示在自然混合時(shí)期水質(zhì)亦保持良好狀態(tài),達(dá)到了揚(yáng)水曝氣系統(tǒng)持續(xù)改善水質(zhì)的效果.

金盆水庫(kù)揚(yáng)水曝氣系統(tǒng)于2014年9月5日運(yùn)行至11月1日,系統(tǒng)的運(yùn)行大幅的提高了底層水體溶解氧含量,并提前破壞水體溫度分層,使水庫(kù)提前進(jìn)入混合狀態(tài).為了更加直觀的得到揚(yáng)水曝氣系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)水體熱分層的影響,本研究基于2014年實(shí)際的水文及氣象數(shù)據(jù),對(duì)2014年水體自然狀態(tài)下的水溫進(jìn)行模擬,并計(jì)算其APE指數(shù),將其與揚(yáng)水曝氣系統(tǒng)運(yùn)行條件下實(shí)測(cè)APE指數(shù)進(jìn)行對(duì)比研究.

結(jié)果如圖7所示.在水體穩(wěn)定分層時(shí)期,水體APE指數(shù)最高達(dá)到1.09 J/m3,揚(yáng)水曝氣系統(tǒng)的運(yùn)行,加快了水體垂向的物質(zhì)能量交換,降低了表層與底層的溫差,進(jìn)一步使水體溫躍層下潛,至系統(tǒng)停止運(yùn)行,水體實(shí)測(cè)APE指數(shù)已降低至0.023 J/m3.而模擬的自然狀態(tài)下,水體的APE指數(shù)下降緩慢,至11月1日,水體APE指數(shù)仍保持在0.2 J/m3左右.說(shuō)明揚(yáng)水曝氣系統(tǒng)能夠有效的降低水體熱分層穩(wěn)定性,誘導(dǎo)水體自然混合.

圖7 揚(yáng)水曝氣系統(tǒng)對(duì)金盆水庫(kù)熱分層的影響Fig.7 Effect of water-lifting aerator system on thermal stratification index of Jinpen Reservoir

3 結(jié)論

(1)本研究基于MIKE3軟件建立的黑河金盆水庫(kù)的水溫模型能夠準(zhǔn)確模擬出水體的溫度變化及熱分層結(jié)構(gòu)的演變過程,具有較高的可靠性,可用于水體溫度的模擬及預(yù)測(cè)研究；

(2)模擬結(jié)果表明,氣溫及太陽(yáng)短波輻射強(qiáng)度與金盆水庫(kù)水體的熱分層穩(wěn)定性呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)關(guān)系,而入庫(kù)流量則與熱分層穩(wěn)定性呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系;

(3)揚(yáng)水曝氣系統(tǒng)可以有效的促進(jìn)水庫(kù)水體混合,加快破壞溫度分層結(jié)構(gòu),具有很好的原位水質(zhì)改善作用.模擬結(jié)果可為揚(yáng)水曝氣水質(zhì)改善系統(tǒng)的科學(xué)運(yùn)行提供依據(jù),以實(shí)現(xiàn)人工強(qiáng)制混合與水體自然混合的有機(jī)銜接.

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