干—支流相互作用下三峡水库典型支流物质输运及水华生消过程研究

发布时间：2022-04-28 22:26

　　三峡水库是连接长江上游及长江中下游的重要枢纽,战略地位重要、生态作用关键,是维系和调控长江流域生态健康的主要环节。由于受到水坝拦蓄调节、高强度流域开发活动以及气候变化等多种因素的叠加影响,三峡水库是一个新生的巨型“人工湖泊”生态系统,其水生态演化主要过程尚不稳定,富营养化等生态问题尚未全部显现,表现出高度复杂性、不确定性和敏感性。本研究通过野外观测和数值模拟相结合的方法进行三峡水库支流库湾水环境演化研究,探索解决两个技术问题,一是考虑到大坝调蓄水位波动引起的干-支流水团交换与海洋潮汐过程的相似性,针对三峡支流库湾的干-支流水体交换以密度流（斜压流）驱动为主的水动力特征,应用海洋环境研究与预报模式（Marine Environment Research and Forecasting Model,MERF）,构建了干-支流相互作用水动力学模型,并采用经验正交函数来识别支流库湾震荡流场的水库不同调度期物质输运问题;二是聚焦库湾浮游植物的关键营养驱动机制,结合库区精细观测成果,建立三峡水库水质模型,以有效反演三峡水库支流库湾藻类生消变化高度随机性和不确定性的动力学特征。针对传统的局部敏感性分... 

【文章页数】：141 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究的背景与意义
    1.2 国内外研究现状及发展趋势
        1.2.1 支流库湾水文、水水动力特征研究进展
        1.2.2 支流库湾物质输运与示踪研究进展
        1.2.3 水质模型及其参数敏感性分析研究进展
    1.3 研究内容
    1.4 拟解决的关键科学问题
    1.5 特色与创新
    1.6 技术路线
第二章 材料与方法
    2.1 研究区域概况
        2.1.1 三峡工程概况
        2.1.2 三峡水库调度特征
        2.1.3 三峡水库水环境、水生态特征
        2.1.4 典型支流选取及其概况
    2.2 观测及测定方案
        2.2.1 采样点布置
        2.2.2 观测参数
        2.2.3 样品采集、分析及测定方法
第三章 三峡水库干、支流水文物理特征及同位素示踪
    3.1 支流库湾水温及流速变化特征
        3.1.1 水温特征
        3.1.2 流速特征
        3.1.3 支流库湾水量净收支
        3.1.4 支流库湾水文情势转变
    3.2 支流水文水动力过程的水体稳定同位素示踪
        3.2.1 氢氧同位素分析方法
        3.2.2 干、支流中稳定同位素特征
        3.2.3 氘盈余特征
        3.2.4 混合比特征
        3.2.5 不同类型支流同位素特征
    3.3 本章小结
第四章 干-支流交互过程对支流水动力的影响及过程模拟
    4.1 干-支流交互作用的三维水动力数值模拟
        4.1.1 模型简介
        4.1.2 控制方程
        4.1.3 建模及源数据
        4.1.4 模型验证
    4.2 支流流速的时空变化分析
        4.2.1 干-支流交汇处流速变化特征
        4.2.2 库湾中部流速变化特征
        4.2.3 库湾上游流速变化特征
    4.3 支流库湾的特征流场分析
        4.3.1 经验正交函数分析方法
        4.3.2 不同调度期的支流库湾特征流场
    4.4 支流库湾水动力过程的控制机制
        4.4.1 干-支流交汇处水动力控制机制
        4.4.2 库湾中部水动力控制机制
        4.4.3 库湾上游水动力控制机制
        4.4.4 不同类型支流的水动力控制机制
    4.5 本章小结
第五章 干-支流交互过程对支流库湾热收支及水交换的影响
    5.1 干-支流交互过程对支流库湾热收支的影响
        5.1.1 水体热收支及贡献率模型
        5.1.2 水面净热通量
        5.1.3 支流库湾热含量
        5.1.4 支流库湾热收支
        5.1.5 热收支贡献率
    5.2 支流库湾水交换过程
        5.2.1 支流库湾水体交换过程分析方法
        5.2.2 支流库湾水体交换量
        5.2.3 支流库湾水体滞留时间
        5.2.4 不同类型支流库湾间水体交换的特征
    5.3 本章小结
第六章 支流库湾水质模型及其全局敏感性分析
    6.1 三峡水库支流库湾水质模型
        6.1.1 浮游植物生态动力学模型
        6.1.2 物质输运模型
    6.2 Sobol全局敏感性分析方法
    6.3 模型设置
        6.3.1 基准检验
        6.3.2 参数设置
        6.3.3 模型初状态
    6.4 全局敏感性分析结果
        6.4.1 叶绿素a参数敏感性的时间变化特征
        6.4.2 溶解氧的参数敏感性的时间变化特征
    6.5 生态参数敏感性的生态学意义
        6.5.1 叶绿素a参数敏感性的生态学意义
        6.5.2 溶解氧参数敏感性的生态学意义
    6.6 本章小结
第七章 支流库湾水华生消及磷的循环输运过程
    7.1 水动力-水质的模式耦合与验证
    7.2 浮游植物时空变化分析
    7.3 支流库湾富营养化过程分析
        7.3.1 支流库湾富营养化评价方法
        7.3.2 支流库湾富营养化过程变化特征
        7.3.3 支流库湾富营养化过程的空间变化
        7.3.4 库湾富营养化过程时空演化特征
    7.4 浮游植物生长与水体流速之间的关系
    7.5 浮游植物生长与磷的生物化学循环过程
    7.6 库湾中磷的循环与输运过程
        7.6.1 浮游植物生消过程与磷的循环输运
        7.6.2 库湾中的磷收支过程
    7.7 支流库湾生态系统保护对策
    7.8 本章小结
第八章 结论与展望
    8.1 主要结论
    8.2 展望与建议
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]用稳定同位素方法估算大型浅水湖泊蒸发量——以太湖为例[J]. 肖薇,符靖茹,王伟,温学发,徐敬争,肖启涛,胡诚,刘寿东,李旭辉.  湖泊科学. 2017(04)
[2]三峡水库香溪河库湾水华水动力调控初步研究[J]. 李光浩,杨霞,陈和春,尹炜,辛小康.  人民长江. 2017(10)
[3]长江水δ18O和δD时空变化特征及其影响因素分析[J]. 周毅,吴华武,贺斌,李静,段伟利,王建锋,童世贤.  长江流域资源与环境. 2017(05)
[4]流速对水库水华优势种铜绿微囊藻生长的影响研究[J]. 宋洋,张陵蕾,陈旻,蔡俊驰,李嘉.  四川大学学报(工程科学版). 2016(S1)
[5]流动影响铜绿微囊藻生长的实验研究[J]. 赵雨婷,鄢碧鹏,叶飞,邵怡斌,施佳赟.  环境科学与技术. 2015(11)
[6]三峡澎溪河回水区流速对藻类原位生长速率的影响[J]. 李哲,张曾宇,杨中华,郭劲松,刘静,李丹,肖艳.  湖泊科学. 2015(05)
[7]长江水氢、氧同位素组成的时空变化及其环境意义[J]. 丁悌平,高建飞,石国钰,陈峰,罗续荣,王成玉,韩丹.  地质学报. 2013(05)
[8]温度异重流作用下三峡香溪河库湾春季营养盐时空分布特征研究[J]. 蒋定国,戴会超,刘伟.  应用基础与工程科学学报. 2013(01)
[9]基于Delft3D模型的近海水环境质量数值模拟研究[J]. 陆仁强,何璐珂.  海洋环境科学. 2012(06)
[10]三峡水库澎溪河(小江)回水区一维水动力特征分析[J]. 李哲,郭劲松,方芳,龙曼,刘智萍,高旭.  重庆大学学报. 2012(05)

博士论文
[1]分层异重流背景下三峡水库典型支流水华生消机理及其调控[D]. 杨正健.武汉大学 2014

硕士论文
[1]支流河口水动力作用对三峡库区干支流营养盐交换的影响[D]. 罗光富.华东师范大学 2014
[2]不同调度方案下三峡库区垂向二维水动力模型研究[D]. 卜英.天津大学 2010
[3]长江流域水稳定同位素变化特征研究[D]. 孙婷婷.河海大学 2007



本文编号：3649658