三峡水库典型支流库湾分层异重流及其水环境效应

三峡水库蓄水后部分支流库湾频发各种优势藻类水华现象，流速变缓是其主要诱导因子。研究中发现因水体温度差、泥沙浓度差的存在，三峡水库干支流之间、支流库湾上游来水与库湾回水之间存在异重流现象。异重流及三峡水库水位的波动，致使干支流之间存在频繁的水体交换，对库湾水环境及水生态有明显的影响，从而直接或间接影响水华的生消。针对该问题，本项目拟以三峡水库香溪河库湾为研究对象，通过野外观测、室内模拟试验及理论分析，探讨三峡水库水位动态运行模式下，典型支流库湾异重流形成机理及其特性，分析在此动力机制驱动下主要水环境要素的时空动态分布及其响应关系，阐明该动力机制的水环境效应。该研究是进一步搞清支流库湾水华暴发机理、实施水华预测预报及防控的理论基础，对合理调度与管理三峡水库、保持其良好生态环境具有重要理论指导及现实意义，对同类水库运行管理具有重要参考价值。

三峡水库蓄水后部分支流暴发水华，破坏水域生态系统动态平衡，影响水域正常使用功能，给库区社会、经济和环境可持续发展带来不利影响。三峡水库干支流水体、支流水体及其上游来水之间的密度差导致了分层异重流，对库湾水环境及水生态有明显的影响，从而直接或间接影响水华生消。针对该问题，本项目以三峡水库香溪河库湾为研究对象，通过野外观测、室内模拟试验及理论分析，探讨了三峡水库典型支流库湾分层异重流形成机理及其特性，分析在此动力机制驱动下主要水环境要素的时空动态分布及其响应关系，阐明该动力机制的水环境效应。研究结果表明：三峡水库2011年成功蓄水至175m，长江干流回水倒灌，在典型支流香溪河库湾形成显著的倒灌异重流；因受上游来流低温水影响，库湾还产生顺坡异重流。产生分层异重流的诱因是各水体的密度差异，而引起密度差的主要因素是两水体间的温度差。干流倒灌异重流从表、中、底层潜入支流，潜入距离受库湾上游来流量、水位高低及水位日变幅等因素影响。分层异重流改变库湾水体光学特性和水体垂向混合，库湾上游真光层/混合层较大，水温分层明显；分层异重流还影响库湾水动力条件以及水体理化性质；库湾总氮和溶解性硅酸盐呈河口向上游递减，总磷相反；Chl-a、藻细胞密度和生物量中上游大于中下游且表层水体较高；绿藻门、硅藻门、甲藻门、隐藻门藻种较为常见，群落构成季节差异显著；2011年蓄水期干流倒灌为香溪河库湾补给总氮、总磷和溶解性硅酸盐分别达1206.751 t、133.070 t和10009.908 t，较库湾上游径流补给量高；分层异重流作用下，香溪河库湾自河口至上游可划分为交换区、过渡区、滞留区、变动区、河流区等5个不同环境区域，其中滞留区受长江干流倒灌影响较弱，受上游顺坡异重流影响较大，表层水体回流，水体滞留时间较长，水温分层显著，水体垂向混合较弱，易暴发高强度水华。项目研究结果可为三峡水库支流水华生消机理及相应的控制技术研究提供理论基础，对合理调度与管理三峡水库、保持其良好生态环境具有重要理论指导及现实意义，对同类水库运行管理具有重要参考价值。项目实施期间内课题组成员参加国内学术会议2次，共毕业1名博士研究生，5名硕士研究生，尚有2名硕士研究生在读。共发表文章15篇，其中，SCI收录2篇，EI收录4篇，中文核心期刊收录9篇。预算经费与拨入经费完全相等，经费使用与预算相当，较为合理。