《基于藻类垂直迁移的香溪河水华暴发模型及三峡水库调控方案研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于藻类垂直迁移的香溪河水华暴发模型及三峡水库调控方案研究（134页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、三峡大学 硕士学位论文 基于藻类垂直迁移的香溪河水华暴发模型及三峡水库调控方案 研究 姓名：杨正健 申请学位级别：硕士 专业：水工结构工程 指导教师：刘德富 20100501 三 峡 大 学 硕 士 学 位 论 文 三 峡 大 学 硕 士 学 位 论 文 IV 内 容 摘 要 本研究论文以三峡水库香溪河库湾水华问题为出发点，结合环境学、生态学、流 体力学等基本理论，利用野外监测、控制实验、数值模拟等技术手段，系统分析了三 峡水库香溪河库湾水华藻类垂直迁移特性、光学特性、水温特性、营养盐特性、水动 力及分区特性等规律，建立了藻类垂直迁移模型及水华藻类垂向分布模型，讨论了香 溪河库湾水华生消机理及
2、其三峡水库应急调控措施。具体结果如下： 1分析了拟多甲藻(Peridiniopsis sp.)昼夜垂直迁移特性，比较了拟多甲藻水华与 硅藻水华水体叶绿素 a 浓度昼夜分布差异。结果表明拟多甲藻在 12 m 水深以上水柱 中存在明显的周期性昼夜垂直迁移特性，硅藻昼夜垂直迁移特性不显著；水华是已存 在、分散在水体中的藻类群体在适宜条件下的上浮聚集而成；影响拟多甲藻昼夜垂直 迁移的主要因子是水下光照和水温垂向分布， 其自身的周期节律性运动对拟多甲藻垂 直迁移也有一定的影响。 2分析了香溪河库湾表层光照变化规律，研究了香溪河库湾水下光照衰减特性及 其影响因子，并尝试性探讨了香溪河库湾真光层时空变化特性
3、及其对水华的影响。结 果表明香溪河水面光照随季节变化明显，春、秋季光照温和，适宜藻类生长；夏季光 照最大，超过 100000 lux；冬季光照最低；香溪河库湾水下消光系数与浊度、叶绿素 a 浓度呈显著的正相关关系，大部分时间内，浮游植物生物量是影响香溪河库湾水下 消光系数的主要因子，水下消光系数与透明度倒数呈显著的正相关关系；香溪河库湾 真光层厚度冬季较大，春秋较小，夏季变化显著，上游水体真光层主要受浮游植物生 物量的影响，下游水体真光层主要受长江含沙水体倒灌的影响。 3分析了香溪河库湾特殊水温分层现状，并结合香溪河库湾水动力特性分析了特 殊水温分层的成因及其与水华的关系。结果表明三峡水库干流
4、水体整体处于混合状 态，只在 3 月出现了弱分层，年最大表底水温差不超过 2 ；香溪河库湾水温垂向分 布时空差异显著，库湾下游近河口水域受长江水体倒灌影响，水体垂向分层不明显； 库湾上游水体受上游低温底部异重流影响，水体垂向分层程度较高；库湾末端受三峡 水库季节调度影响，水体垂向分层呈季节性变化。 4建立了香溪河库湾水上、水下光照模型，提出了生物力(biotic force)概念及性 质并以此推算了藻类迁移动量方程，建立了藻类垂直迁移模型并予验证，由此建立了 水华藻类垂向一维分布模型并进行了讨论。 结果表明生物力是生物个体为改变自身运 三 峡 大 学 硕 士 学 位 论 文 三 峡 大 学 硕
5、 士 学 位 论 文 V 动状态来适应周围环境而对自身生理条件进行调节时存在的某种调节力，其具有限 性、适定性和不定性等特性，满足 GuassAmp 曲线；影响藻类在水体中分布的主要因 子是藻类自身的迁移特性、藻类生长特性及水体混合层厚度，藻类自身迁移特性越明 显，真光层厚度越大，水体混合层厚度越小，越易形成水华，反之则不易形成水华， 从理论上合理解释了库湾水体较干流水体易发生水华这一自然现象； 不同藻种在水体 中的垂向分布特性各不相同的主要原因是不同藻种在水体中的运动状况不尽相同。 5结合三峡水库香溪河库湾水动力特性，分析了基于香溪河库湾异重流为动力 背景下的营养盐特性，提出了香溪河库湾水动
6、力、水环境分区规律。结果表明三峡水 库香溪河库湾分层异向流特性显著， 长江水体常年以倒灌温差异重流形式与香溪河库 湾进行水体交换，香溪河库湾上游低温来流以底坡异重流形式潜入库湾并流入长江； 香溪河流域水体可以划分为交换区（exchange zone） 、过渡区(transition zone)、滞留区 (stagnant zone)、变动区(fluctuation zone)、河流区(stream zone)等 5 个不同生态环境区 域， 其中滞留区水温分层显著， 水体上下掺混较弱， 氮营养主要来源于干流补给， 磷、 硅等营养主要来源于上游来流及城镇排污，水华敏感指数大于 0.5， 最易暴发高
7、强度 水华。 6分析了三峡水库香溪河库湾水华生消机理及其三峡水库应急调控机理，并提 出了相应应急调控方案。研究表明在表、中层倒灌异重流发生期间，三峡水库水位日 抬升 1.0-1.5 m，即能使支流库湾形成中、上层水体流入库湾，下层水体流出库湾的水 循环过程；水交换过程改变了支流库湾水体垂向分层状态， 降低了水库干支流间水 温、pH 值、浊度、营养盐等因子的差异；打破了原来库湾水动力、营养盐和水华暴 发分区特性，能够通过增大干支流间的水体交换、破坏库湾水体分层状态、增大支流 泥沙含量等机制临时抑制“水华”的暴发并控制库湾水体富营养化； 三峡水库水位最大 日升幅可达 2.38 m，日调度空间较大；
8、针对三峡水库香溪河库湾春、夏、秋等不同季 节的水华，建议分别采用春季“潮汐”式调度方案、夏季“潮汐”式调度方案、秋季提前 蓄水方案等应急控制方案进行控制。 关键词：拟多甲藻关键词：拟多甲藻 垂直迁移垂直迁移 水华水华 光照光照 水温水温 生态调度生态调度 三峡水库三峡水库 三 峡 大 学 硕 士 学 位 论 文 三 峡 大 学 硕 士 学 位 论 文 VI Abstract Systematic studies were carried out to research the mechanism of the phytoplankton bloom in Xiangxi Bay (XXB) o
9、f the Three Gorges Reservoir(TGR) using the theory of the environmentalism， ecology and hydrodynamics with the method of field monitoring， experimentation and mathematic modeling.The main aim of this study is to analyse the characteristic of the vertical migration of phytoplankton， light intensity，w
10、ater temperature，nutrients，hydrodynamics and the ecological zone，modeling the vertical migration of phytoplankton and the emergence and disappearance of the algae bloom ， and give the ecological operation of the TGR to meet the emergent algae bloom.The main results are as follows: 1.Continuous monit
11、oring was conducted in the Xiangxi Bay of the Three Gorges Reservoir to study the diurnal vertical migration of Peridiniopsis sp.and Cyclotella. The results indicated that the vertical distribution of Peridiniopsis sp. biomass changed regularly throughout day and nightwithin the upper 12 m but the C
12、yclotellas was ruleless.The algae bloom was the phenomenon of phytoplanktons migration upto the surface water layed.The underwater light intensity， temperature and the physiology were the main factors to affect the vertical distribution of Peridiniopsis sp. 2.The underwater light intensity was monit
13、ored continuancely to analyse the characterastics of the underwater light intensitys distribution and its control factors.It was indicated that the light intensity in suface water layed was suitable to phytoplanktons proliferation in spring，which was more over 100000 lux in summer but very weak in w
14、inter.Thre were significant positive correlation between underwater attenuation coefficient and turbidity，chlorophyll a (Chl.a)and transparency， and the biomass of the phytoplankton was the main factor to influence the underwater extinction coefficient.The euphotic depth(Zeu) was changed rulenessly
15、inregularly in summer but high in winter and low in spring and autumn.The Zeu was controlled by phytoplankton in upstream areas but suspended solid from the Changjiang River with the reverse density current. 3.The distribution of water temperature was monitored to analyse the water stratification an
16、d its mechanism.The results indicated that there was a weak stratification 三 峡 大 学 硕 士 学 位 论 文 三 峡 大 学 硕 士 学 位 论 文 VII from March to April in TGR， the vertical temperature difference was only limited within about 12.There was a weak stratification in downstream of XXB because of the reverse density current flowing from the main stream of TGR and a strong stratification in upstream because of the process of downslope-bottom density current from the incoming flow with low water tempe
