考虑大气沉降的湖库分区动态水环境容量精细解析

针对面源污染为主的湖库型流域,为建立水质目标管理与污染总量控制之间更精准的响应关系,借鉴日最大负荷总量模式,基于物质量平衡原理提出考虑径流丰枯变化、不均匀混合、大气沉降等影响因素的湖库分区动态水环境容量精细解析方法,包括污染混合区设置、代表水文系列确定、逐日分区水量水质计算。以沙河水库为例,分别以全湖Ⅱ类、主湖Ⅱ类作为水质管理目标,采用2010—2015年代表水文系列对总氮动态水环境容量进行精细解析。结果表明：全湖Ⅱ类、主湖Ⅱ类水质管理目标下沙河水库总氮水环境容量的多年均值分别为36.7 t和99.43 t,若不考虑湖滨混合区,全湖Ⅱ类水质目标下总氮的年水环境容量计算值偏大66.43%;实施水质目标管理的水域面积越大,大气沉降对水环境容量的影响越大;径流年际及年内丰枯变化对水环境容量的影响显著;各分区总氮控制总量占全流域总量的比例与面积比基本一致。湖库分区动态水环境容量精细解析可量化不同因素对水环境容量计算结果的影响,科学解析面源输入型湖库水环境容量的时空结构特征,实现水质目标管理与污染总量分区管控的有机联动,更好地支撑流域水环境的精细化管理。     

水闸规模对河道水动力水环境的影响研究

水闸规模与所处河道宽度的差异一定程度上会阻碍水流流通,造成水体置换周期延长,极易诱发水体富营养化,故确定水闸建设规模对河道水动力水环境的影响对维护水安全具有重要意义。以上海市青浦区跃进圩区内的闸坝为研究对象,采用一维水动力水质模型模拟预测了不同闸宽条件下跃进片各断面最大流量、总进水量等水动力变化特征以及COD、NH3-N、TP等营养物质的浓度变化,探讨了圩区水闸闸孔宽度与河道断面匹配关系,分析了闸孔宽度变化对水量水质的影响。模拟结果表明：闸门宽度的增加将直接引起过闸的最大流量线性增大,而总进水量与水质改善情况更大程度地受限于闸门河宽比。在现有引排水量及闸泵调度规则下,跃进片区的临界闸门河宽比约为2/5。     

鄱阳湖枯季水位变化对越冬水鸟生境面积的定量影响

长江及鄱阳湖水系上游水库群运用后鄱阳湖枯季水文节律出现新的变化,给湿地水鸟越冬造成尚不明晰的潜在影响。为量化枯季水位变化对鄱阳湖越冬水鸟生境面积的影响,基于EFDC水动力学模型和生境适宜度曲线,构建了鄱阳湖枯季越冬水鸟栖息地数值模拟模型;以水深作为关键生境因子,对三峡水库175 m试验性蓄水后鄱阳湖枯季越冬水鸟潜在生境面积变化进行了连续模拟;以越冬水鸟数量峰值期(12月和1月)为关键时段,建立了越冬水鸟潜在适宜生境面积和浅水区(≤60 cm)面积变化与水位的三段式定量响应函数,提出了星子站水位11.70 m左右时越冬水鸟潜在生境面积将达到最大。三峡水库运用后鄱阳湖枯季越冬水鸟潜在适宜生境及浅水区面积均保持总体稳定,其均值相比运用前仅略增加1.02%和1.97%;扰动幅度明显减小,序列标准差在三峡水库运用后减小近50%。针对拟建的鄱阳湖水利枢纽工程,分析了不同水位调控方案下枯季越冬水鸟潜在生境面积的变化,结果显示补偿调节期特别是越冬候鸟数量峰值期内鄱阳湖水位不宜超过12.5 m,11～12 m之间对越冬水鸟保护影响最小,其潜在生境面积相比最大值偏小幅度可控制在10%以内。成果明晰了枯季水位变化对鄱阳湖越冬水鸟潜在生境面积的定量影响规律,为江湖新水沙条件下鄱阳湖枯季生态水位保障提供了量化依据。     

长江宜昌—监利段河床冲淤对宜昌站水沙变化的响应

三峡水库蓄水运行以来宜昌站水沙条件发生了明显改变,驱动下游河床发生新一轮调整。采用回归分析、机理分析等方法,探究了三峡工程运行前后长江宜昌—沙市段及沙市—监利段河床冲淤变化对宜昌水沙站条件的响应规律。结果表明:宜昌—沙市段冲淤量与宜昌站水沙指标间的关联度强于沙市—监利段且前者关联度随时间增强;研究河段月尺度河床演变对宜昌站水沙条件不存在明显的滞后响应;基于宜昌站月均流量分别构建的两个河段冲淤量回归模型可较好反映河床冲淤变化;根据所构建模型的模拟,三峡工程运行前宜昌—沙市段呈“小水小冲、大水大淤”的冲淤格局,冲淤转换临界宜昌站流量约为23 500 m3/s,三峡水库蓄水后该河段全面冲刷,呈“小水小冲、大水大冲”,但随着床沙粗化冲刷量有所下降;三峡水库蓄水前沙市—监利段亦呈“小水小冲,大水大淤”的冲淤格局,冲淤转换临界宜昌站流量约为22 500 m3/s,且同流量下的淤积量大于宜昌—沙市段,三峡水库蓄水后宜昌站小水时该河段冲刷量略大于上游河段,但宜昌站大水时该河段冲刷量明显更小。     

基于动态模型的湖库水环境容量影响因素重要性解析

湖库入库径流量、库面蒸发、大气干湿沉降、库区降水、沉降自净、水温波动、不均匀混合及库容变化等都会影响湖库水环境容量的大小,为明确各因子的定量影响,基于构建的水环境容量逐日动态计算模型,将模型考虑要素按输入特性划分为物理因子、计算参数、水库管理目标3类,与全要素考量得到的容量基准值进行对比分析。结果表明：物理因子中入库径流量与TN容量结果相关性最强,基准设计水文条件下库区降水对TN容量结果偏差值的影响最大;计算参数中水温修正系数α对TN容量的影响最大,其增大5%对应的TN容量偏差值为8.27%;水库管理目标中的水质管理目标对TN容量的影响最大,而且是所有因素中对容量影响最大的因子。定量分析的结果明确了各影响因素对容量核算结果的影响程度,可为容量核算方法的简化及精度的提高提供依据。