水库调控对近坝支流水质的影响机制及其多目标互进优化调度

针对水库蓄水后日益突出的库区近坝支流富营养化(水华)现象和水库兴利需求，开展"水库调控对近坝支流水质的影响机制及其多目标互进优化调度"研究。嵌入流速~藻类生长关系式，结合实测手段，改进CE_QUAL_W2源代码开发水库垂向二维水动力和水质耦合模拟模型；提出基于模式、时间、速率和变幅等控制参数的水库调度方案通用典型概化策略，模拟分析水库调度对库区近坝支流水动力和水质演变的影响机制，提炼调度因子~水动力~水质演变关联函数，形成水质水量多目标互进优化调度准则；在此基础上，综合层次优化理论开展耦合支流水质改善和兴利的水库水质水量多目标互进优化调度研究。课题研究内容符合"人水和谐可持续发展"的理念，预期成果能为实际调度提供决策支持，同时可为深入开展面向生态友好的水库群多尺度多目标优化调度研究奠定更坚实的基础。

针对大型调蓄水库蓄水运行后近坝支流产生的富营养化和水华问题，以三峡水库和香溪河为例，开展“水库调控对近坝支流水质的影响机制及其多目标互进优化调度”研究。主要研究工作和研究成果如下：第一，针对课题研究需求，从长江三峡开发集团公司和三峡大学等多单位收集整理了三峡水库和香溪河支流地形、三峡水库运行数据；库区多测点的水温和水质实测数据、气象数据等信息。第二，利用流速~藻类生长速率研究成果改进了开源CE_QUAL_W2软件的藻类生消模块。在此基础上，首次构建和率定了三峡水库和香溪河垂向二维水动力和水质耦合模拟模型，率定工况结果表明：温差剪切分层流和水库调度是影响香溪河水华的主要因素。第三，提出量化温差分层流特征值，分析干支流初始水温差下分层流的形成和发展过程。结果表明：温差分层流的潜入量、潜入距离和潜入深度均与干支流初始相对密度呈正相关关系；水华易发时期，分层流易造成藻类在回水区内往返输移和充分生长；增加支流来流虽整体上对抑制水华有利，但对改变分层流特征作用十分有限。第四，提出三峡水库多时间尺度调度方案概化方法，分析得出了单一调度因子改变下，日泄流过程、水位蓄放过程以及调度时机对支流水华暴发的影响，结果表明：短期调峰调度且提高日均泄流和调峰幅度、中长期水库蓄水过程且增加升水位日变幅，均可加速藻类逆时针输移和抑制藻类生长，有效降低水华暴发水平。在藻类复苏期开展调峰至藻类增长中期结束，复苏期末开展升水位调度至藻类增长峰值后结束，增长峰值后开展降水位调度，是抑制水华的最佳调度时机。第五，提出考虑改善支流水质目标的三峡水库长期多目标互进优化调度和应急调度策略。体现为：水华易发时期3~5月份，三峡水库应根据预报来流和最小泄流要求，尽可能实施蓄水调度，达到最小弃水且改善支流水质和提高非汛期发电量的目的。针对应对突发水华事件，当Chla浓度监测数据持续从较低水平增长到10μg/L，启动升水位调度；当监测到Chla浓度开始持续下降时，升水位调度可根据其他调度目标或需求选择终止；尽可能选择在水华暴发峰值后启动降水位调度。第六，研究成果发表和录用学术论文10篇，SCI/EI检索8篇。获得高等学校科学研究优秀成果奖科技进步二等奖1项。