防控三峡水库支流水华的潮汐式生态调度研究

发布时间：2020-06-02 16:27

【摘要】：三峡水库建成后支流水华频发所造成的环境问题,严重影响了库区的生态环境和人民的用水安全,如何有效的防控治理水库支流水华的暴发,改善库区支流水环境已成为当前三峡水库水生态研究的聚焦问题。考虑到湖库水华防控常用的“治标法”与“治本法”,如物理法、化学法、生物法与截污纳管等技术在操作实施和管理方面存在着局限性,并结合已有研究成果表明三峡水库蓄水后支流水动力条件的改变是诱发支流水华的主要原因,基于“潮汐式”生态调度方法论,研究了以水力调控的方式,通过开展水库生态调度进而达到防控支流水华暴发的目的,并根据生态调度计算结果提出了不同来水条件、不同水华暴发期的“潮汐式”生态调度方案。基于三峡水库支流水体存在的特殊水动力条件是诱发支流水华的主要原因,确定了采用数据驱动模型对支流水华情势进行预测的方法,通过优化模型的预测因子,提出了以表征水库调度过程的参数:水库运行时段、水库水位,水位变频,水位变幅为支流水华情势的预测因子,以2010~2011年香溪河水华情势的实际监测数据为训练预测样本,以2012年的实测数据为验证计算样本,采用Bp神经网络算法构建面向水库调度过程的支流水华预测模型,其中预测值与实测值之间的相关性R=0.91657,即该预测模型能较准确的预测支流水华情势。以水华预测模型和三峡水库电力优化调度模型嵌套,构建了防控三峡水库支流水华暴发的生态调度模型,在对生态调度模型进行求解时,采用离散型动态规划法,耦合以月为计算步长的长期优化调度计算结果指导以日为计算步长的短期优化调度计算的方式,对生态调度模型进行了求解;以水华预测模型为工具,结合不同时期的“潮汐式”生态调度方法,设置不同的“潮汐式”水库调度工况,分析不同时期“潮汐式”生态调度的水位变化特征,总结了不同时期“潮汐式”生态调度方案的制定原则,结果。(1)春季“潮汐式”生态水位变化特点:春季水华期,提高抬升水位的幅度和持续时间能明显降低支流水体中Chla浓度,因此,春季“潮汐式”调度应结合水文预报,减少小幅度的水库水位波动,制造持续时间常、幅度大的“潮汐式”水位变化过程。(2)夏季“潮汐式”生态水位变化特点:多频次的“潮汐式”水位波动调度过程对支流水华的防控有一定的效果,但效果并不明显。故夏季“潮汐式”生态调度应优先考虑防洪和减少水库弃水,并利用水库的防洪库容和夏季汛期来水量大的特点,尽可能实现多频次、大幅度的“潮汐式”水位波动调度过程。(3)秋季“潮汐式”生态水位变化特点:多频次的“潮汐式”水位波动对秋季水华的抑制效果明显,且小幅度降水位,大幅度涨水对秋季水华的抑制效果更佳。由于秋季水华情势没有春季、夏季水华严重,且持续时间短,结合水库运行调度“蓄峰补枯”的原则,秋季“潮汐式”生态调度应优先考虑在短周期内营造“小幅度降水、大幅度涨水”的水库调度方式。结合不同典型水文年的来水条件下的水库生态调度计算结果、不同时期水华暴发的持续时间与不同时期“潮汐式”水位波动的特征等,总结了不同来水条件、不同时期的“潮汐式”生态调度方案。(1)丰水年“潮汐式”生态调度方案(1)春季水华期,在进入3月份后,为保证下游航道运行的最小流量,当入库流量稳定大于5000 m~3/s时即可实施防控春季水华暴发的生态调度方案。如果生态调度开始时间在3、4月份,则考虑以16天为一次“潮汐式”水位波动的周期,施行:降水位,0.09 m/天,持续6天;升水位0.101 m/天,持续10天的水库调度方案;如果生态调度开始的时间发生在5月份,考虑到三峡水库的防洪功能,即需要在汛期到来之前腾空防洪库容,开展周期为12天“潮汐式”生态调度,施行:升水位,0.186 m/天,持续4天,降水位,0.5 m/天,持续8天的水库调度方案。(2)夏季水华期,结合汛期水库水位的变化特点和支流水华情势预警系统,开展周期为9天的生态调度,且当支流水体中的Chla浓度超过20 mg/m~3时开始启动生态调度。若生态调度开始时的初始水位超过150 m,施行:降水位,1.35 m/天,持续5天,升水位,1.07 m/天,持续4天的调度方案;若初始水位低于150 m,则施行:升水位,1.35 m/天,持续5天,降水位,1.07 m/天,持续4天的生态调度方案。(3)秋季水华期,当水库运行调度进入秋季蓄水期时,开展周期为10天的秋季“潮汐式”生态调度,具体施行:降水位,0.28 m/天,持续3天,升水位,0.44 m/天,持续7天。(2)平水年“潮汐式”生态调度方案(1)春季水华期,春季“潮汐式”生态调度方案制定的原则同丰水年一样。如果生态调度开始时间在3、4月份,则考虑以16天为一次“潮汐式”水位波动的周期,施行:降水位,0.09 m/天,持续6天,升水位0.487 m/天,持续10天的水库调度方案;如果生态调度开始的时间发生在5月份,建议采用开展周期为12天“潮汐式”生态调度,施行:升水位,0.33 m/天,持续4天,降水位,0.93 m/天,持续8天的水库调度方案。(2)夏季水华期,生态调度的启动机制与丰水年一样。结合支流水华情势预警系统,开展周期为9天的生态调度,且当支流水体中的Chla浓度超过20 mg/m~3时开始启动生态调度。若生态调度开始时的初始水位超过150 m,施行:降水位,1.16 m/天,持续4天,升水位,1.08 m/天,持续5天的调度方案;若初始水位低于150 m,则施行:升水位1.12 m/天,持续5天,降水位,1.21 m/天,持续4天的生态调度方案。(3)秋季水华期,当水库运行调度进入秋季蓄水期时,开展周期为10天的秋季“潮汐式”生态调度,具体施行:降水位,0.23 m/天,持续3天,升水位,0.41 m/天,持续7天。(3)枯水年“潮汐式”生态调度方案(1)春季水华期,如果生态调度开始时间在3、4月份,则考虑以16天为一次“潮汐式”水位波动的周期,施行:降水位,0.047 m/天,持续6天;升水位0.12m/天,持续10天的水库调度方案;如果生态调度开始的时间发生在5月份,考虑到三峡水库的防洪功能,即需要在汛期到来之前腾空防洪库容,建议采用开展周期为12天“潮汐式”生态调度,施行:升水位,0.046 m,4天,降水位,1.07 m,8天的水库调度方案。(2)夏季水华期,开展周期为9天的生态调度,且当支流水体中的Chla浓度超过20 mg/m~3时开始启动生态调度。若生态调度开始时的初始水位超过150 m,施行:降水位,1.22 m/天,持续4天,升水位,0.97 m/天,持续5天的调度方案;若初始水位低于150 m,则施行:升水位1.11 m/天,持续5天,降水位,1.40 m/天,持续4天的生态调度方案。(3)秋季水华期,当水库运行调度进入秋季蓄水期时,开展周期为10天的秋季“潮汐式”生态调度,具体施行:降水位,0.65 m/天,持续3天,升水位,0.64 m/天,持续7天。结合“潮汐式”生态调度方法,研究了防控三峡水库支流水华的生态调度,通过本研究得出的不同典型年、不同来水条件下的“潮汐式”生态调度方案,不仅能够为“潮汐式”生态调度方法的定量化提供一定的参考,同时也能够科学合理的指导三峡水库开展防控支流水华的生态调度实践。
【图文】：

本文研究的技术路线图

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本文编号：2693446