多闸坝重污染河流闸坝群水文及水环境效应量化研究

流域水利工程的水文、环境、生态效应是当前国内外资源、环境、生态保护研究中的热点，同时也是国际水文与水环境交叉学科的前沿性难点问题。针对淮河流域闸坝众多、防洪防污形势严峻、生态环境持续恶化等问题，单一闸坝的效应分析和调度对全流域水污染综合整治效果并不显著，迫切需要从流域尺度上探索闸坝群的水文及水环境效应。本项目以淮河蚌埠闸以上流域为研究区域，以沙颍河、涡河、洪汝河及淮河干流南部水系等的闸坝群为重点研究对象，采用流域分布式水循环及水质数值模拟、多情景分析及综合评价等多种技术手段，从流域尺度上探明淮河流域闸坝群对河流水文及水环境的作用机理，建立耦合闸坝系统的淮河流域分布式水量水质模型，定量研究闸坝群的水文及水环境效应。该项目的开展将为客观认识闸坝群在流域开发和保护中的作用提供科学依据和技术支持，也对淮河流域水资源可持续利用和水污染防治具有重要的现实意义。

水利工程的水文、环境、生态效应是当前国内外资源、环境、生态保护研究中的热点，同时也是水文水环境交叉学科中前沿难点问题。针对淮河流域闸坝众多、防洪防污形势严峻、生态环境持续恶化等问题，本项目以淮河蚌埠闸以上流域为研究区，以沙颍河、涡河、洪汝河及南部水系的闸坝群为重点对象，采用统计检测、机理实验、数值模拟、情景分析及综合评价等多种手段，探明闸坝群对河流水文水环境的作用机理，实现闸坝群运行规则与流域水文、水质模型之间的耦合；提出了在流域尺度上分析闸坝群水文水环境效应的新思路；量化了重点闸坝群的效应。主要成果如下：（1）闸坝剧烈调控导致径流显著减少，主要为沙颍河白龟山、周口和阜阳站。尤其是白龟山水库调控能力最强，因此径流减少最显著；而漯河站变化最小。（2）闸坝调度、径流及水质变化存在复杂的非线性关系；闸门对流速的调控能力与闸门相对开度和上游来水量成反比；由此导致闸门对水质的调控能力也与上游来水量和闸门相对开度成反比。（3）构建了耦合闸坝调度规则的分布式水量水质模型。在径流模拟中，率定期内平均相关系数0.83，平均效率系数为0.66。在检验期内平均相关系数为0.77，平均效率系数为0.54。对于水质模拟，氨氮和CODMn负荷模拟达标率分别为55.9% (19/34)和67.6%(23/34)，平均相关系数为0.46和0.48。（4）调控导致泼河、薄山、宿鸭湖、潢川、马湾、涡阳和黄桥7个站点径流特征发生了显著改变；而其它站点径流特征虽也发生了一定改变，但并不能导致径流类别的变化。闸坝调控对水文情势影响表现为：径流量、变异系数、断流历时、峰现时间和最小径流出现时间等的改变。（5）闸坝群的不合理调度和污染过度排放共同加剧了流域水环境的恶化，但各自的贡献有所不同。闸坝对氨氮、CODMn以及综合水环境的影响平均贡献率分别为0.17、0.15和0.16。水闸调节对水环境的影响略小于水库的影响。污染负荷过度排放是导致水环境恶化的首要原因，其贡献率为0.84。本项目已发表（含接收）论文8篇（SCI 6篇，EI 1篇，CSCD1篇）；出版专著1部；获软件著作权2项；负责人晋级副研究员并获国家自然科学基金青年-面上项目连续资助，已超额完成各项考核指标。研究成果将为客观认识闸坝群在流域开发和保护中的作用提供科学依据和技术支持，也对淮河流域水资源可持续利用和水污染防治具有重要现实意义。