径流调节下雅鲁藏布江水温、泥沙过程变异及磷输运响应

Under the framework of vital research plan on runoff variation and its adaptability application in the southwest riverhead, this research targets to the core rule of migration and transformation of biogenic matters affected by runoff regulation. With Yarlung Zangbo River taken as study object, the research systematically studies the process, internal mechanism and cumulative effect of hydrodynamic condition, water temperature, sediment and phosphorus transport and variation, focusing on the complex response between phosphorus and its transport driving factors. Based on comprehensive analyses, prototype observations, mechanical experiments and numerical methods, we investigate temporal and spatial distribution and mutual coupling mechanism of water temperature, sediment and phosphorus in natural river and reservoir respectively; explain the interaction on sediment movement and thermal stratification under runoff regulation, the adsorption and desorption of phosphorus on sediment influenced by flow and temperature, and the longitudinal retention and vertical redistribution by all factors above; develop a multiphase model which couples hydrodynamics, water temperature, sediment and phosphorus transportation, taking the ice condition in winter into consideration. Furthermore, we analyze the cumulative variation of various factors under hydroelectric cascade development and its restoration system, and build a model of cumulative effect measurement and contribution rate allocation. The results provide new theories and new methods to study transport and variation process of phosphorus and other biogenic matters under runoff regulation, and can be a scientific support for ecological security maintenance during water resources development in Yarlung Zangbo River.

本项目在西南河流源区径流变化和适应性利用重大研究计划框架下，锁定“径流变化下生源物质迁移转化规律”这一核心问题，以雅鲁藏布江为对象，着眼于重要生源物质磷与其输运驱动力要素间的复杂响应，系统研究径流调节下水动力、水温、泥沙及磷输运的变异过程、内在机制与累积效应。综合资料分析、原型观测、机理实验与数学模型方法，探讨天然河流与水库中水温、泥沙、磷的时空分布规律和互耦机理；重点阐释径流调节下泥沙运动过程与水温分层结构的交互、泥沙在动水和变温条件下对磷的吸附解吸，以及在这些作用下磷的纵向阻隔与垂向再分配；建立河库系统水动力-水温-泥沙-磷输运耦合的多相流模型，并考虑冬季冰情的影响；进而剖析梯级开发下各要素变异的累积与恢复机制，建立累积效应度量与贡献率分解模型。成果可为研究径流调节下磷及其他生源物质输运过程提供新理论、新方法，为雅鲁藏布江水资源开发中的生态安全维护提供科学支撑。

本项目在西南河流源区径流变化和适应性利用重大研究计划框架下，锁定“径流变化下生源物质迁移转化规律”这一核心问题，以雅鲁藏布江为对象，着眼于重要生源物质磷与其输运驱动力要素间的复杂响应，系统研究径流调节下水动力、水温、泥沙及磷输运的变异过程、内在机制与累积效应。.根据现场调查、遥感解译、历史资料分析、多源数据挖掘、模型反演，多维度解析了雅江中游磷的赋存形态及输运的时空分布规律；通过对雅江典型辫状河段卫星影像历史资料的分析，同步开展物理模型实验，构建了辫状形态度量指标体系及辫状河段泥沙-磷的输运耦合模型；基于高原水库原型观测，修正了高原水气热交换模式，构建了适用于雅江流域的高原水库水温模型；结合现场观测成果和模拟探究，完成了对高原水库独特混合机制的全面识别，从物理输运模式层面支撑了雅江水库生源物质拦截效应的机理辨析；以修正后的雅江河库的水文-水温-泥沙耦合模型为基础，考虑不同形态磷驱动机制差异，分别构建溶解态、吸附态和结合态三种分形态的雅江磷输运模型，实现了雅江内影响磷输运的主导驱动机制的多要素模拟；利用建立的高原水库磷输运模型，研究了梯级开发下水温、泥沙过程变异对磷通量的影响，揭示了雅江梯级开发对磷输运影响的累积效应与恢复机制；此外，构建了以天然过程为基准参照系的雅江中游水电开发后径流综合变异度量模型，并进一步建立了水库-河流系统水环境累积效应度量和贡献率分解模型。.总体而言，项目立足于高原特殊的气象、水文和地质条件，从径流、水温、泥沙和冰情等关键驱动力出发，全面解析了各个因素影响下雅鲁藏布江磷输运的特异过程，实现了高原寒区复杂河库系统磷输运物理图景的准确描述与变异度量。为重大计划提供了雅江磷分布、演变和输运的重要数据支持与方法创新，为研究径流调节下磷及其他生源物质输运过程提供了新理论和新手段，同时为雅鲁藏布江水资源开发中的生态安全维护提供了科学支撑。