大型水库污染物输移扩散特性及水力调控机理研究

水电开发将大规模改变江河系统的水环境，打破原有的生态平衡，对水流、水质、水温以及水生生物等均会产生显著的影响。大型水库的建成会造成库区温度及水质分层，水生生物群落特征的改变，三维分布特征明显。本课题针对流域水电开发的水生态环境问题，运用先进的理论方法、原型观测、模型试验及数值模拟技术，对水电开发的水环境影响及水生态效应进行研究，探讨河流弯道横向摆动的水沙动力学机理, 确定二次流流动结构、紊动特性及其与河道主槽变形过程的相互影响，构建水库的水流、水温及污染物输移扩散-降解耦合的数学模型，模拟预测泥沙与营养盐的吸附－解吸规律与污染物输移特性，解析泥沙冲淤状态对营养盐的截留效应，分析水电开发对水沙情势、水温水质的影响，提出水库有效的水力调控运用方式。在系统研究的基础上，揭示水电开发对水生态环境的影响机制及规律，为建立合理的流域水环境管理体系和保障流域经济社会的可持续发展提供科学依据。

水电开发将大规模改变江河系统的水环境，打破原有的生态平衡，对水流、水温、水质、以及水生生物均会产生显著的影响。项目组针对大型水库水动力特征、水库水温分层结构、水库污染物输移扩散规律、水体富营养化问题、水库生态调度等问题，开展了大量的现场观测和室内实验，利用理论分析和数值模拟，从不同角度和尺度分析了水电开发的水环境影响和水生态效应，对水库水体中物质输移的关键机制和环境相应的内在机理进行了深入的研究。.针对水库分层所导致的物质垂向输移问题，项目组建立了大型水库水温模拟的三维模型和考虑冰雪过程和冰封影响的垂向一维热氧模型。研究了三峡水库和 密云水库的水温结构，并分析了密云水库水位巨幅波动所导致的对水温和DO的时空变化。 .针对水库泥沙淤积导致的水质变化机制，项目组分别研究了生物膜对总磷的吸附规律以及悬浮颗粒对粪大肠菌群的吸附规律。在生物膜吸附磷实验中，发现生物膜对总磷的吸附能力远大于泥沙颗粒的吸附能力，是水库沉积物对磷吸附的主要贡献者。在粪大肠菌群吸附实验中，揭示了水库中泥沙颗粒对粪大肠菌群的吸附规律，建立了线性吸附模型，并分析水温、pH值、泥沙粒径等因素对吸附特征的影响。.针对水库富营养化问题，项目组研究了水动力条件对藻类演替的影响；通过现场观测发现，水体从富营养化湖泊流出，进入河流后，藻类生物量逐渐减少；在藻类组分方面，蓝藻数量沿程减少，硅藻数量沿程增加。考虑水体紊动对微囊藻和小球藻对光源竞争力的作用，建立了藻类演替数学模型，揭示了水流变化对藻类的作用。.针对电站运行调度的环境影响，项目组建立了一二维耦合的河湖系统模型，分析了三峡水库枯水期对洞庭湖补水的运行方案，预测了枯水期补水对目平湖水质的影响。在日调度方面，发现牡丹江干流的石岩电站日内最大流量是最小流量的3.5倍，引起下游河道水位、流量、水深、水力半径的波动，底栖生物的物种丰度和生物多样性指标和流量的波动幅度成负相关关系。.项目组圆满完成了预设的研究任务，达到各项考核指标的要求；研究成果有助于加深认识水电开发和运行对水环境影响规律，为水电工程的合理开发和科学调度，流域环境的可持续发展提供支撑。