三峡水库大宁河库湾分层异重流及其水环境效应研究

摘要

三峡水库支流库湾的富营养化和水华问题已成为当前及今后相当长一段时间三峡库区备受关切的主要问题之一。已有关于三峡水库支流库湾水体富营养化及水华问题的大量研究，但是大多数研究都借鉴河流或湖泊的研究经验，而三峡水库与河流及湖泊各方面的差异性较大，特别是在水动力方面，很少考虑三峡水库支流库湾普遍存在的分层异重流现象。本文以三峡水库支流大宁河库湾为研究对象，基于 2012 年 7月至2012年12月大宁河库湾水流、水温、水质及水华的监测数据，分析大宁河库湾的以分层异重流为背景的水动力特性、形成机理、影响因素与影响规律及其分层异重流的水环境效应。论文的主要研究工作及结论如下：
　　(1)通过对三峡水库典型支流香溪河、大宁河和小江库湾分层异重流现象进行分析，揭示了三峡库区支流库湾的分层异重流现象在时空上具有普适性，即无论是靠近三峡水库库首的河道形态较为规则的香溪河库湾、还是位于三峡水库中下游区域的河道形态呈葫芦状的大宁河库湾、还是位于三峡水库中游的小江均存在较为典型的分层异重流现象。(第二章)
　　(2)基于2012年7月至12月大宁河库湾现场监测的流速数据，对大宁河库湾分层异重流的形成条件和运动规律进行了分析。研究结果表明，大宁河库湾监测期间均存在倒灌异重流现象，其潜入深度、厚度、运行距离等受水位、水位波幅、流量等水文因素影响显著；水温差是导致倒灌异重流发生的主要因素，泥沙是次要因素，而水温差主要是由支流库湾的水温分层所导致。研究成果为确定特殊水动力背景下的水环境效应提供了动力依据。(第三章)
　　(3)分析了监测期间大宁河库湾的水温特性、营养盐特性、水体常量离子特性及水华特性。大宁河库湾水温时空方面差异显著，靠近河口处水温分层较为明显；营养盐含量远远大于国际水体富营养化标准，氮磷营养盐呈现出河口往上游逐渐降低的变化规律，相对而言磷营养盐是水体富营养化的限制因子；水体常量离子空间分布出现了显著地楔形；叶绿素浓度除蓄水初期外，含量均较低。(第四章)
　　(4)通过监测分析分层异重流背景下的水流特性、水温垂向分布特性、水体光学特性及营养盐特性，分析了三峡水库支流库湾分层异重流的水环境效应。研究表明，分层异重流能够增大支流表层水体水平流速大小，进而缩小支流库湾的水体滞留时间；三峡水库干流水体垂向混合较强，支流水体自河口至上游垂向分层逐步增强；支流水温垂向分层模式不同于传统湖泊、海洋垂向分布模式。导致支流水体存在特殊水温分层的主要原因是长江倒灌异重流和支流上游底坡异重流；倒灌异重流对总氮、总磷具有重要补给作用；能够通过增大干支流间的水体交换、破坏库湾水体分层状态、增大支流泥沙含量等机制临时抑制―水华‖的暴发并控制库湾水体富营养化。(第五章)

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1 绪论

1.1 三峡库区研究区域概况

1.2 三峡库区水华研究概况

1.3 国内外调控水体富营养化及水华的研究概况

1.4 三峡库区水动力对水华的影响研究概况

1.5 三峡水库大宁河概况及监测方案

1.6 本论文研究方案

2 三峡水库分层异重流现象的空间普适性

2.1三峡水库支流概况

2.2 三峡水库支流分层异重流现象的空间普适性

2.3 本章小结

3 三峡水库大宁河库湾分层异重流特性

3.1 引言

3.2 三峡水库大宁河库湾水动力过程及特征

3.3 三峡水库大宁河库湾分层异重流成因分析

3.4 大宁河库湾异重流运动规律分析

3.5 讨论

3.6 大宁河库湾分层异重流概念模型

3.7 本章小结

4 三峡水库大宁河库湾水环境特征

4.1 引言

4.2 大宁河库湾水温特性

4.3 大宁河库湾水体常量离子时空变化规律

4.4 大宁河库湾营养盐时空变化规律

4.5 大宁河叶绿素a特性

4.6 本章小结

5 三峡水库大宁河库湾分层异重流的水环境效应

5.1 引言

5.2异重流对水体分层的影响

5.3 分层异重流对水体交换的影响

5.4 分层异重流对营养盐输移的影响

5.5 讨论

5.6 本章小结

6章 结论和展望

6.1 主要结论

6.2 研究展望

参考文献

致谢

附录