三峽水庫香溪河庫灣倒灌異重流運動特性研究.pdf

1、三峽水庫蓄水后，庫區(qū)水位升高、水體流速減緩，庫灣和支流污染物的滯留時間延長，水域環(huán)境條件發(fā)生了顯著變化，引起了社會各界的廣泛關(guān)注。越來越多的學(xué)者開始認識到水流變緩是三峽水庫支流庫灣發(fā)生富營養(yǎng)化的主要誘因。一方面水庫蓄水使支流庫灣流速變緩有利于水華發(fā)生；另一方面水庫的水位調(diào)節(jié)以及水庫干支流水體物理化學(xué)性質(zhì)存在差異，水庫干、支流水體處于頻繁的交換狀態(tài)，這種交換又會反過來進一步改變庫灣水體的物理、化學(xué)特性，從而不斷影響著支流庫灣水華的發(fā)生。因

2、此，研究清楚三峽水庫蓄水后支流庫灣水動力特性及其受水庫干流影響的特點，是研究庫灣水環(huán)境狀況和解決其水體富營養(yǎng)化問題的基礎(chǔ)。
　　 本文以三峽水庫香溪河庫灣為研究對象，利用現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)分析庫灣的水動力特性，并以此為基礎(chǔ)建立倒灌異重流室內(nèi)物理模型，模擬在三峽水庫典型調(diào)度工況下的香溪河庫灣倒灌異重流現(xiàn)象，來進一步揭示異重流的水動力學(xué)特性，為研究其它支流庫灣水動力特性提供理論依據(jù)。主要工作及認識如下：
　　 1、基于2008年香

3、溪河庫灣現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，對水體流速、水溫、密度、水位、溫差、流量等因子進行分析，結(jié)果表明香溪河庫灣在深度上長期具有復(fù)雜的分層異向流動特征，庫灣底部始終存在流向河口的潛流，大多時候河口處水庫干流水體以倒灌異重流的形式進入庫灣，2月和3月為底部異重流，4-9月主要為中層異重流，汛后第一階段蓄水主要為表層異重流，第二階段蓄水為中層異重流，11、12月分別為底部和中層異重流。香溪河倒灌異重流形成的根本原因是水庫干流與支流庫灣水體溫差和含沙量差引起

4、密度差，其中溫差是主導(dǎo)因素。
　　 2、以初始水位、入流量、溫度差為基本變量，在室內(nèi)進行了一系列底、中、表溫差倒灌異重流實驗，通過分析異重流頭部移動速度、厚度、交界面高度、潛入點速度等因子的變化過程，得到如下認識：
　　 (1)異重流頭部移動速度沿程呈線性遞減；同一斷面處，異重流頭部速度隨入流量、初始水位及溫差的增加而增大。
　　 (2)異重流運行過程中，底、表層異重流頭部交界面及中層異重流頭部下交界面均沿程呈線

5、性升高，同一斷面處的交界面高度隨入流量及初始水位的增加而升高；中層異重流頭部的上交界面高度沿程幾乎不變，而同一斷面處的高度隨初始水位增加而增大。
　　 (3)底、中、表層異重流頭部厚度均沿程呈線性遞減，頭部厚度對初始水位變化最敏感，隨初始水位升高而增加，而溫差變化對其幾乎沒有影響。
　　 3、對室內(nèi)、野外溫差倒灌異重流的運動特性進行對比分析得到如下規(guī)律：
　　 (1)異重流運行穩(wěn)定時前鋒過后的異重流交界面形態(tài)不變

6、，底部異重流與環(huán)境水體交界面比降與水槽底部相反，表層異重流交界面傾向與水槽底部一致，中層異重流上交界面傾向與水槽底部相反，下交界面傾向與水槽底部一致，同時所有交界面比降均小于水槽底坡。
　　 (2)室內(nèi)溫差異重流潛入點值分布均較集中，平均值約為0.54；潛入厚度大約是環(huán)境水深的0.5倍，穩(wěn)定后的厚度大約是環(huán)境水深的0.4倍。
　　 (3)在一定范圍內(nèi)，異重流潛入點速度與入流量、初始水位及溫差均呈正相關(guān)；潛入點厚度與入流量