深水型水源水库藻类垂向被动迁移特性及取水调控研究

针对水源水库短期难以有效控制富营养化和水厂将长期面临净化高藻原水问题，以深水型水库藻类悬浮生长特性为切入点，研究水源水库取水区内藻类被动迁移特性、悬浮分布理论和规避藻类的水库取水方法。目前基于日、周甚至月取样调查分析水库主流区获得的藻类悬浮生长及迁移特性，在取水中应用明显存在环境条件的不同及时间尺度的不足。本研究针对以上问题，着眼于深水型水源水库取水区内藻类垂向分布，从环境因子诱导作用下藻类在昼、夜及小时尺度上的被动迁移特性出发，开展如下研究：（1）水库非主流区藻类在垂向营养梯度和周期性光诱导下昼夜自然迁移及稳定分层特性，(2)通过水库取水区藻类分布，剥离藻类昼夜自然迁移量，确定藻类在取水抽吸、降雨、洪水潜流等诱导下垂向被动迁移特性，(3)结合取水动力学模型和藻类垂向分布及被动迁移特性，建立模拟取水出流中藻类的水质模型。其将为水库规避藻类的取水系统高程设计和取水口调度管理提供理论基础支持。

规避藻类的取水技术是降低藻含量提高原水水质的解决措施之一。本研究以西安市重要的深水型水源水库—金盆水库为案例水库，研究期间调查和分析了水库浮游藻类纵向悬浮生长演替规律，在湖库纵向上研究了深水型水库藻类功能组时间和空间上变化规律；结合模拟试验探讨了藻类取水口被动迁移规律，及在不同光照强度、不同降雨强度下优势藻种等纵向沉降及悬浮特性。选择性取水技术是可规避藻类取水技术之一，而在湖库纵向密度线形分布下得到重要的泄出层厚度理论公式难以适应实际密度分布。本研究从建立球面坐标系和伯努力方程出发，将实测密度分布近似为双线性密度分布，推导了双线性密度下的泄出层厚度公式，其能有效涵盖了现有密度线形分布下的理论成果；以案例水库选择性取水塔为原型，建立了取水塔及水库塔前区的CFD模型，模拟了在实测纵向密度分布下的水库塔前区流场分布，计算获得的泄出层厚度与理论推导公式计算结果在近取水口范围内取得较好的一致性。.课题取得的藻类悬浮被动迁移和双线性密度下的泄出层厚度理论成果拓展了选择性取水应用范围和应用精度，CFD模拟方法可提供实际密度分布下更为精细地流场信息和泄出层厚度，项目研发的系列技术和设备为选择性取水储备技术，选择性取水软件可为取水塔运行调度和水厂控制提供依据。