三峡工程中的几个环境水力学问题

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1、三峡工程中的几个环境水力学问题摘要：对三峡工程环评阶段的几个环境水力学问题，如扩散能力和污染带影响、库区BOD5负荷的影响、泥沙对水质的影响、水温预测、河口径流的变化和盐水入侵等进行了述评，指出了存在的问题和进一步研究的方向和意义。关键词：三峡工程环境水力学水质泥沙盐水入侵水温1三峡工程概况二峡工程坝址位于湖北宜昌县三斗坪镇，距下游葛洲坝水利枢纽约40km，控制流域面积100万kmz，是治理和开发长江的一项关键性骨干工程。其规模空前，技术复杂，投资多，周期长，在中国水利工程史上是前所未有的。三峡工程1994年12月正式开工，预计2009年完

2、工。根据审查通过的三峡水利枢纽初步设计报告，三峡水利枢纽的主要建筑物由拦江大坝、水电站和通航建筑物三大部份组成。大坝为重力坝，坝顶全长2335m，坝顶高程185m(吴松高程，下同)。正常蓄水位75m，相应的防洪限制水位145m，枯季消落低水位155m。泄洪坝段位于原主河槽部位，其两侧为左右厂房坝段和非溢流坝段。正常蓄水位175m时，20年一遇洪水回水末端至四川巴县木洞镇，距坝址565.7km。水库水面面积1084km2，水面平均宽度约1100m，与天然情况相比增加约一倍。水库平均库容393亿m3，其中防洪库容有221.5亿m3，兴利调节库容

3、有16；亿m3，约占坝址径流量的3.7%，系一径流调节能力不大的季调节水库。水电站为坝后厂房，共安装26台(左14台，右12台)单机容量为70万kg/L计算，建坝后BOD5接纳能力将减少59%。但由于径流量大，其接纳能力仍有156万t/a，比现有污染排放量大得多，因此建坝后三峡水库的整体水质不会恶化。另外，由于水库蓄水，污水在水库中的停留时间长，BOD的降解量将增加。当然，这里仅仅谈“整体水质”是不够的，实际上“岸边水质”对工业和人民生活更为有用，因为目前大多数取水口都在岸边。Streerer-Phelps模型是1925年由Streercr

4、t和Phelps研究OhioRiver污染问题时所建立的最早的河流溶解氧模型，条件比较简化，如污染负荷不随时间而变，河流流量沿程不变，水流为均匀流，生化耗氧为一级动力反应且反应速率为常数，复氧只有水气交界面上的吸氧而且复氧系数为常数等等。在研究天然河流BOD5和DO的变化时，对三峡水库，根据实际需要，还应考虑这样几个方面的因素：(1)由于泥沙吸附而引起的BOD的减少；(2)由于底沙冲刷或底沙中有机物的分解而引起水中的BOD的增加；(3)由于沿程径流加入引起的BOD的增加；(4)由于纵向离散而引起BOD和DO的不断重新分布；(5)Kd随着时间

5、的变化，特别是硝化阶段开始以后Kd不可能为常数；(6)河渠特性的改变将改变表面紊动特性，从而改变从大气中的吸氧率。泥沙的淤积增加水库的透明度，增加光合作用的产氧率；(7)含氧量、BOD、温度、污流量的日变化等等。2.2对扩散能力和污染带的影晌研究在环评阶段，对扩散能力和污染带的研究，是基于迁移扩散方程。假定水流为二维均匀流，断面水深和流速变化不大，污水排放为时间连续源，采用岸边排放，在水深方向均匀混合得到二维扩散方式：C(x,z)=2m/uhAπEzx/uExp[-uz2/4EzxKx/u]式中：C(x,z)为坐标x,z处的污物浓度；m=c

6、0q0/h，单位水深污水排放率。其中C0为污水浓度，q0为污水量，h为污染带平均水深；Ez为横向扩散系数；u为平均流速；K为污染物降解率；x为离排污口的纵向距离；z为离排污口的横向距离。这项研究分别是四川省环境保护科学监测所“七五”攻关和长江水资源保护科学研究所等单位的成果，其中后者未考虑污染物降解这一项[2]。由于研究单位所站角度不同，两家单位的结论有差异。四川省环科所的结论认为：水库蓄水后，随着流速降低。岸边污染带加宽，污染物浓度相应增加，该水域可资利用的水环境容量相应降低。若维持建坝前控制点的污染物浓度水平，约需削减20%，以补偿损失

7、的水环境容量。长江水资源保护科研所的结论认为：主要排污口只要按国家规定达标排放，建库后尽管扩散能力下降，但控制点不会因此而发生水质超标。研究中存在的共同问题有：(1)数学模型过于简化，特别是忽略了断面上水深和流速的不均匀性。对天然河流至少应采用无量纲累积流量坐标来反映断面上水深和流速的不规则变化。(2)扩散能力不仅反映在流速上，也反映在扩散系数上。因此，应进行试验研究确定扩散系数。根据《长江三峡水利枢纽环境影响报告》中四川省环科所(P5-29)提供的建坝前后寸滩、长寿、涪陵清溪、万县沦口等处的平均流速、平均水深、水面坡降和横向扩散系数，反算

8、出相应的无量纲横向扩散系数az(=E0/hu*，u*为摩阻流速):建坝前，az=0.3～0.5；建坝后az＝0.15。这些值特别是建坝后的az似嫌所取偏小，只有在顺直均匀明渠中，