专利名称：利用内波改善河道型水库支流库湾水温层化特性的方法
技术领域：
本发明属于湖库水生态改善与修复技术领域，具体的说是一种利用内波改善河道型水库支流库湾水温层化特性的方法。
背景技术：
河道型水库建成后，支流受干流水位的顶托，形成库湾。水流流速十分缓慢(仅毫米量级)，水深大(达100米以上)，其水动力特性类似于深水湖泊，水温层化现象显著，易形成稳定分层型水体，稳定分层型水体从上到下分为温变层、温跃层和滞温层。水温是藻类生长的主要影响因素，水温分层所形成的温跃层将导致污染物及营养盐浓度出现跃层，阻隔了上下层水体的物质和能量交换。温跃层下部水体溶解氧含量降低、二氧化碳浓度增加，形成还原环境，引起浮游生物、水生植物的种类、数量、分布发生改变，下泄低温水还可能引起 鱼类产卵期延后、产卵率降低，使灌区农作物代谢缓慢、产量下降，对坝址下游大范围内的水生态与水环境都将带来诸多不利。对于水温分层及其导致低温水下泄所产生的生态环境问题，目前主要通过工程措施，如对取水口局部采用分层取水、叠梁门、动力搅拌、曝气等方法，虽然使所取水体水温适当提高，但这些措施都无法改变库区大体积水域温度分层状况、不能改善库区大范围水体的生态环境。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种利用内波改善河道型水库支流库湾水温层化特性的方法，可显著提高水体的水动力强度，抑制水温分层，达到改善水体生态环境的目的。本发明解决以上技术问题的技术方案是
一种利用内波改善河道型水库支流库湾水温层化特性的方法，包括与水库干流连接的水库支流，水库支流存在支流库湾，水库干流上建有大坝，包括以下步骤
㈠在河道型水库支流库湾水温层化期间，利用水电站、船闸或枢纽运行调度，使大坝前水位(水位是指坝前水位，当支流离坝址比较近时，一般认为支流库湾水位与坝前水位保持同步。)出现交替变化现象，引起河道型水库支流库湾河口形成类似潮汐现象的水位波动；(二)水库支流库湾与水库干流之间水体剧烈交换，形成潮汐式吞吐流；
㈢吞吐流在温跃层处产生剪切作用，在温跃层附近产生潮成内波；
(四)潮成内波沿温跃层的传输与破碎过程使温跃层上下水体出现反向流动，带动密度跃层上下水体充分混合，起到改善水温分层的作用。本发明利用海洋内波的产生与传输机理，结合水库的生态调度方法，激发深水湖库等密度分层水体使其产生内波。内波在水体中传播时，不仅会使流速增大，而且使得密度跃层上下的水流呈剪切状态，直接影响到水体中物质输运，改变其运动轨迹。内波在传播过程中，会造成内波场的不稳定和内波破碎，导致水体内部的混合，形成一种天然的水下搅拌，起到抑制水体水温分层的作用。本发明进一步限定的技术方案是
前述的利用内波改善河道型水库支流库湾水温层化特性的方法，河道型水库支流库湾水温层化期间，温跃层处垂向温度梯度达到O. 2V /m以上。水温分层是内波产生的前提条件，只有垂向温度梯度达到O. 2V /m以上时，才会产生内波。本发明的有益效果是本发明结合水库的调度，激发深水湖库等密度分层水体使其产生内波，形成一种天然的水下搅拌式的运动。本方法易于实现，可影响大范围的水体，显著提高水体的水动力强度，抑制水温分层，达到改善水体生态环境的目的。
图I是本发明的大坝与支流地理位置示意图。
图2是水电站、船闸或枢纽运行调度所产生的坝前水位波动图。图3是潮汝式吞吐流不意图。图4是内波作用下库湾温跃层附近水温振荡示意图。图5是某水库在调度过程中水位及水位日变幅过程图。
具体实施例方式实施例I
本实施例提供的一种利用内波改善河道型水库支流库湾水温层化特性的方法，坝与支流地理位置示意如图I所示，包括与水库干流连接的水库支流，水库支流存在支流库湾d，水库干流上建有大坝b，包括以下步骤
㈠在河道型水库支流库湾d水温层化期间，利用水电站、船闸或枢纽运行调度，使大坝b前水位(水位是指坝前水位，当支流离坝址比较近时，一般认为支流库湾水位与坝前水位保持同步。)出现交替变化现象，水电站、船闸或枢纽运行调度所产生的坝前水位波动如图2所示,从而引起河道型水库支流库湾河口 c形成类似潮汐现象的水位波动；河道型水库支流库湾d水温层化期间，温跃层处垂向温度梯度达到O. 2°C/m以上，水温分层是内波产生的前提条件，只有垂向温度梯度达到O. 2V /m以上时，才会产生内波；
(二)水库支流库湾与水库干流之间水体剧烈交换，形成潮汐式吞吐流，形成的潮汐式吞吐流如图3所示；
㈢吞吐流在温跃层处产生剪切作用，在温跃层附近产生潮成内波；
(四)潮成内波沿温跃层的传输与破碎过程使温跃层上下水体出现反向流动，带动密度跃层上下水体充分混合，起到改善水温分层的作用，内波作用下库湾温跃层附近水温振荡如图4所示。本发明通过调节水电站、船闸或枢纽运行调度时的下泄流量，产生剧烈的水位波动，进而引发内重力波。内重力波是隐藏于密度分层流中的一种特定波动，当它沿密度跃层传输时，形成波幅大、波速低、波长长、携带巨大能量的内波，其传输与破碎过程将带动密度跃层上下水体充分混合，可在大尺度内抑制水温层化。本发明能有效改善深水湖、库、湾、峡的密度层化特性，相对于目前工程界常用的分层取水、动力搅拌、曝气等工程措施，具有操作简单、效果明显等优点，可从根本上改善库湾水温分层所带来的水生态问题。
图5中e、f分别是水库在调度过程中水位及水位日变幅过程图。由图可以看出，水位日变幅继续增大，水温分层状态得到进一步改善，水质状况明显好转。本发明提供的方法对于抑制水库支流库湾温跃层的产生与发展，改善库湾水生态与水环境具有显著的效果。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保 护范围。
权利要求
1.利用内波改善河道型水库支流库湾水温层化特性的方法，包括与水库干流连接的水库支流，水库支流存在支流库湾，水库干流上建有大坝，其特征在于包括以下步骤 ㈠在河道型水库支流库湾水温层化期间，利用水电站、船闸或枢纽运行调度，使大坝前水位出现交替变化现象，引起河道型水库支流库湾河口形成类似潮汐现象的水位波动； (ニ)水库支流库湾与水库干流之间水体剧烈交換，形成潮汐式呑吐流； ㈢吞吐流在温跃层处产生剪切作用，在温跃层附近产生潮成内波； (四)潮成内波沿温跃层的传输与破碎过程使温跃层上下水体出现反向流动，带动密度跃层上下水体充分混合，起到改善水温分层的作用。
2.如权利要求I所述的利用内波改善河道型水库支流库湾水温层化特性的方法，其特征在于河道型水库支流库湾水温层化期间，温跃层处垂向温度梯度达到O. 2V /m以上。
全文摘要
本发明属于湖库水生态改善与修复技术领域，是一种利用内波改善河道型水库支流库湾水温层化特性的方法，在支流库湾水温分层期间，使下泄流量产生波动，进而引起库区水位产生波动，在支流库湾河口形成潮汐现象；库湾与干流水库之间形成潮汐式吞吐流；吞吐流在温跃层处产生剪切作用，因而在温跃层附近产生潮成内波；潮成内波沿温跃层的传输，使跃层上下水体出现反向流动，出现了交替流的现象，水体温度场出现混合，进而起到改善水温分层的作用。本发明结合水库的调度，激发深水湖库等密度分层水体使其产生内波，形成一种天然的水下搅拌式的运动。本方法易于实现，可影响大范围的水体，显著提高水体的水动力强度，抑制水温分层，达到改善水体生态环境的目的。
文档编号E02B3/00GK102704440SQ201210007460
公开日2012年10月3日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者余真真, 戴会超, 戴凌全, 朱海, 王玲玲 申请人:戴会超