三峡工程运行后长江中游溶解气体过饱和演变研究

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1、第2卷第5期水生态学杂志Vol.2,No.52009年9月JournalofHydroecologySep.,2009三峡工程运行后长江中游溶解气体过饱和演变研究1,233陈永柏,彭期冬,廖文根(1.中国科学院遥感应用研究所,北京100101;2.中国长江三峡工程开发总公司,湖北宜昌443002;3.中国水利水电科学研究院,北京100038)摘要:为了分析三峡工程运行后泄洪对长江中游溶解气体过饱和的影响,建立了长江中游溶解氧数学模型,对不同流量下长江中游的溶解氧过饱和演变进行了模拟预测。模拟结果表明,三峡和葛洲坝过坝水流的溶解氧饱和33度在流量40000～5000

2、0m/s和100000m/s附近存在2个峰值,长江中游河道天然情况下溶解氧过饱和恢复速度较为缓慢,平均每100km降低5%,洞庭湖水的汇入能显著降低长江干流的溶解氧过饱和度。当三峡出库3流量超过40000m/s时,其影响范围可达400km以上。讨论了溶解气体过饱和的不同指标间的关系,对气体过饱和可能造成的影响以及对长江中游鱼类目前的影响进行了阐述,认为通过三峡水库的调度减少出库高流量次数和历时是减缓下游溶解气体过饱和的有效手段。关键词:三峡工程;长江中游;气体过饱和;演变中图分类号:X824,X143文献标志码:A文章编号:1674-3075(2009)05-00

3、01-05大坝通过泄洪孔洞泄流时,水流跌落到下游的况,研究三峡和葛洲坝以下长江中游江段溶解气体过程中伴随着剧烈的水气交换,使得下游水体中溶过饱和的时空分布和演变规律,对了解气体过饱和解气体含量显著增加,并随着水流迁移影响到下游影响的程度和范围具有十分重要和必要的意义。更远的范围。长江三峡水利枢纽是目前世界上最大1溶解氧水动力模型建立的水利枢纽,最大坝高为180m,未来三峡电站全部3建成后,其机组过流能力接近30000m/s,但是在本研究采用水环境模拟商业软件MIKE113汛期,三峡水库入库流量超过30000m/s时,仍然(DHIWATER&ENVIRONMENT,

4、2000、2001)进行需要通过泄洪孔洞泄洪,从而造成坝下河道的溶解河道溶解氧的一维模拟。MIKE11软件以N-S方气体过饱和现象。葛洲坝电站机组过流能力小于三程为水流基本控制方程,对N-S方程垂向和横向峡电站,因此经过葛洲坝大坝的水流也易形成气体积分得到描述一维水流运动的基本方程见式(1)。过饱和现象。近年来,对三峡大坝和葛洲坝下游溶9Q9A+=q解氧浓度进行的初步监测结果表明:由于大坝泄流9x9t2(1)造成下游河流以溶解氧为代表的溶解气体的过饱和Q9(a)9QA9hgQ

5、Q

6、现象较为明显(中国水利水电科学研究院等,++gA+2=09t9x9xCAR2009)

7、,下泄水体溶解氧浓度的变化与弃水流量密3式(1)中:Q为流量(m/s);A为断面面积切相关(陈永柏,2007)。三峡工程运行后带来的长22(m);q为源汇项(m/s);α为流速在垂向的分布江中游水体溶解气体过饱和是否会对水生生物,特1/2系数;h为水深(m);C为谢才系数(m/s);R为水别是对长江鱼类产生不利影响,一直受到相关部门力半径(m)。及社会各界的广泛关注。选用MIKE11水质计算模块中的“BOD-DO”本文运用数值模拟的方法,以溶解氧为代表性模块进行模拟。该模块在考虑水体中溶解氧的变化指标,分析和预测长江中游溶解气体过饱和演变情时,除了水体中的扩散输移

8、外,对于源项主要考虑水体溶解氧与大气的交换、水体中动植物的呼吸耗氧、收稿日期:收稿日期:2009-02-29基金项目:水利部公益性行业科研专项(200701029),中国长江BOD的衰减耗氧、植物光合作用等4个过程。这4三峡工程开发总公司生态与环境保护科研项目(0799509)个过程在河道溶解氧演变中的作用可用式(2)表作者简介:陈永柏,1966年生,男,湖北仙桃人,教高,博士,主示。要从事水利水电工程生态保护、鱼类生态与水生生物保护等研究。dGE-mail:chen_yongbo@ctgpc.com.cn=K2·(Geq-G)-R+P(t)-K1·C(2)dt2

9、第2卷第5期水生态学杂志2009年9月式(2)中,G为溶解氧浓度(mg/L),Geq为饱和位流量的出入流过程,按源汇项进行处理。3溶解氧浓度(mg/L),R为呼吸耗氧[g/(m·d)或采用宜昌、沙市、监利、螺山、汉口等水文站23g/(m·d)],P(t)为植物光合作用产氧量[g/(m1997～2004年连续的实测日流量、水位数据对模型2·d)或g/(m·d)],C为BOD浓度(mg/L),K1为进行了率定验证。结果表明,计算得到的沿程各断BOD衰减系数(1/d),K2为复氧系数(1/d)。K2一面的水位、流量过程与实测值均符合较好(中国水bcd利水电科学研究院,2

10、008)。