水体内波机理及对三峡库区支流水华生消的影响研究

There are a lot of important factors that could affect algal bloom process in some areas of lakes or reserviors. Many researches in water ecological environmental evolution are most likely to focus on the large scale hydrological evolution, hydrodynamic changes, sediment deposition, density stratified flow, and nutrients background, while ignore the internal wave effects in curtain area. As a widely existing phenomenon in density stratified lakes and reservoirs, internal wave occurs at the interface of stratified layers in slow flow water, and it may play both positive and negative roles in the stabilities of stratified environmental variables, such as temperature and water quality indexes, consequently influence the algal bloom processes. The occurrence mechanism and its impacts on evolution of water quality and algal distributions need to specify and make clear. The objective of this project is to study the internal wave impacts on algal bloom process in Xianxi river, which is one of the typical tributaries in Three Gorges Reservoir (TGR). The field observations associate with theoretical analysis, laboratory experiments and numerical modelling are going to be carried out. The occurrence mechanism and evolution process and hydrodynamic characteristics of internal wave will be studied to improve the understanding its impacts on water quality and ecological environmental changes, finally to represent the influential function on algal bloom and to present the integrated fundamental all aspects conditions of algal bloom. The research results will provide the theoretical foundation and technical supports to the control and treatment of water eutrophication and algal bloom in the tributaries of TGR.

影响湖库水华生消的因素众多，目前对水库水生态环境的研究大多着重于大尺度下干支流的水文过程、水动力结构、营养盐背景、泥沙沉积和相关生态环境参量等方面，往往忽视了局部水域中内波对水环境的作用。内波是深水湖库中普遍存在的现象，发生在密度分层界面上，对相对静止水体的分层的各环境变量的稳定度产生影响，进而对水华暴发过程带来正面和负面的作用。本项目拟从内波作用角度研究三峡水库一级支流-香溪河水华生消的水动力影响因素,综合野外原位观测、数学理论分析、数值模型模拟和物理实验模型等研究手段，揭示支流库湾分层水体内波形成的机理，驱动机制、演变过程和动力特征，了解内波对水质和水生态环境的影响作用，明晰其对库湾藻类分布的影响，认识内波对水华生消的作用机制和表观特征，为最终阐明支流水华成因和生消条件提供科学基础，为库区支流水体富营养化治理与水华控制提供理论依据和技术支撑。

自三峡水库2003年首次蓄水以来，其多条支流暴发了大规模的水华现象。库区水位的抬升等改变了干支流的水动力结构以及物质输送的格局。水库支流的水华频发，相关因素众多。通过历史气象、水质、水文、水温特性等数据的收集和整理，分析水华发生与相关要素之间的关系，气温的升高过程，偏干旱年份降雨量等易于水华的暴发，三峡水库的水位5日波动小于0.5m也为水华暴发形成较好的动力条件。香溪河上游支流的来流量，丰枯变化大，相差达到几百倍，但是在中等来流条件下，也是水华的高发期。通过对水华暴发外在因素的梳理，为香溪河富营养化研究及项目的进行打下基础。.项目通过野外多次的原位观测，得到了典型月份下香溪河流速、水温、透明度、浊度、TN、无机磷、有机磷、叶绿素等指标不同时间段的空间分布的资料，分析各指标的时空变化过程，分析支流水体的密度分层对于各要素的影响，以及各指标要素之间的相互关系，明确富磷背景是香溪河水华暴发中营养盐要素的主要原因，在此基础上从动力学角度，分析水华成因。..采用数值模型与数学推导的方法，针对密度泵由长江干流对与香溪河的重金属及营养盐的输入现象，通过长江与香溪河互动的作用的动力学分析，得到长江与香溪河的水量及物质交换的关键作用力与水库的调度，水位及支流来留相关，叠加密度泵的水体的分层作用，能放大及减弱三峡调度的影响，以模型为手段，结合原位观测，对揭示全年及多年长江对三峡的营养负荷、重金属等的物质输送有更深入详细的了解，对三峡的生态调度的实施有重要的意义。.项目购置许多温度记录仪器，对香溪河不同点位的水温进行连续的观测，通过观测得到，香溪河水体不同的深度下存在水温的波动。由于支流的表层与底层的最大温差大多在6～8℃之内，分层特性不算剧烈。通过部分多点位的水温数据分析，在水体不同深度的水温存在波动特性，即内波的作用，尤其在水库调度时，对其作用机理以及对水环境的影响仍需进一步分析研究。