专利名称：一种通过水位调节控制河道型水库支流水华发生的方法
技术领域：
本发明涉及一种控制水体水华发生的方法，具体涉及一种通过水位调节控制河道 型水库支流水华发生的方法。
背景技术：
目前，以三峡水库为代表的河道型水库流域污染负荷排放较高，而水库蓄水后，流 速减缓，水体交换能力减弱，部分水体富营养化(“水华”)问题显现，饮用水安全受到威胁。 河道型水库水体富营养化等问题受到了国内外广泛的关注，保证水库生态系统建康，实现 其生态系统服务的最大价值，并最终实现库区流域生态系统的可持续发展，已是关系到国 计民生的大事。河道型水库支流水华暴发机理是水库蓄水发电以后，支流水流流速减缓，水深加 深，但支流一年中大部分时间存在分层异向流态，干流水体以表、中、底异重流形式倒灌入 支流，支流上游来流低温水体主要以顺坡异重流形式从河底流入干流，此为支流水华暴发 的水动力背景。在此水动力背景下，支流呈现下游水体分层较弱，上游水体分层较强的水体 垂向混合模式，同时，干流高氮、硅、磷等水体以异重流形式对支流中下游水体进行营养补 给，上游磷矿区富磷水体对支流上游进行磷营养补给，形成下游氮高、上游磷高的营养盐分 布格局，但支流营养盐整体满足浮游植物的生长，在适宜的光照、温度等条件下促使水体中 藻类生长增殖。当水体垂向混合程度较弱，藻类在真光层水体中增殖较快，其自身生理特性 促使其聚集在表层水体中，即形成水华。在其他条件满足藻类生长的情况下，支流上游稳定 分层水体有助于藻类在真光层水体增殖并聚集在表层水体中，即在支流上游水体中首先暴 发较为严重的水华，并逐渐蔓延至整个支流。而干流水体常年处于混合状态，容易将藻类从 真光层水体携带进入真光层以下，不利于藻类在表层水体聚集，即使干流水体营养盐、水温 等满足藻类生长条件，也不易暴发水华。目前，在湖泊“水华”的治理上已取得大量研究成果，主要包括物理、化学和生物操 纵法等三类方法，因水库具有水体大、波动大、影响大等特点，这些方法都很难在河道型水 库内进行实施并取得成效。河道型水库水体富营养控制措施尚正处于探索性阶段，如提出 了污染控制及水库调度的水华控制措施。而污染控制是一项长期工程，短时间内效果并不 明显；目前的水库调度方法也只能保证防洪、发电、通航、补水等传统效益，对部分水体水华 不能起到有效控制作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种通过水位调节控制河道型水库支流水华 发生的方法，在河道型水库支流水华暴发期，使用本方法对河道型水库水位进行调度，能够 有效地控制并缓解支流水华暴发程度、影响范围。本发明的目的是这样实现的一种通过水位调节控制河道型水库支流水华发生的 方法，分别在春季、夏季、秋季等支流水华期间，以河道型水库常规调度水位过程线为基础，首先持续抬高水库水位，增强支流异重流能量补给，扩大异重流对支流的影响范围，然后持 续降低水位，增大干流水体流速，促进干流对支流水体的拖动作用，进而缩小支流水体滞留 时间，并为下次抬升水位提供水位可变空间，将水位抬升_下降过程交替进行，干流水位的 波动对支流水体形成“潮汐式”影响，能增大干支流水体交换频率，持续破坏支流藻类生长 环境，进而控制支流水华。对于3-5月的春季水华，采用春季“潮汐式”水位调度方案，在水华暴发时段，短时 间内减小大坝下泄流量，在2-3天内抬升水位3-6米，强化支流中层异重流的形成，扩大其 对支流支流的影响范围，迫使支流形成“上进下出”的水循环模式，缓解水华暴发程度；之后 根据实际情况增大大坝下泄流量。对于6-8月的夏季水华，采用夏季“潮汐式”调度方案，即在水华暴发时段，在2-3 天内将水位由防洪汛限水位抬升4-6米水位，但不超过上限水位，扩大异重流对支流的影 响范围，使支流水体形成“上进下出”的水循环模式，打破支流水动力、营养盐等空间“分区” 特性，破坏水温分层，缓解并控制水华的形成；之后增大大坝下泄流量，在3-4天内将水位 迅速降低4-6米，但不低于汛限水位，增大支流流速大小，缩短水体滞留时间，将支流内部 分高藻类含量水体携出支流，以缓解水华的发生。对于9-10月的秋季水华，采用“提前蓄水”调度方案，即若在9-10月暴发较为严 重的支流水华，则在9月初开始蓄水，采用“先快后慢”的蓄水过程，即蓄水初4-5日，日均 抬升水位1. 0-1. 5米，后期日均抬升水位0. 4米；于9月底至10月底，将水位抬升至正常 蓄水水位，以缓解支流水华发生。
本发明提供的通过水位调节控制河道型水库支流水华发生的方法，符合河道型水库水 位调度实际情况，不仅能够满足水库防洪、发电、通航、补水等传统效益，还能兼顾控制支流 水华的生态效益，避免了控制水体富营养化的物理、化学、生物操纵法等传统方法的操作复 杂、成本较高、周期较长、评价较难的缺点，而且实施简单、见效较快，能够很快地进行监测 与评价，具有较强的操作性和实用性。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明 图1是三峡水库水位常规调度方法图2是本发明中控制支流春季水华的三峡水库水位调度方法图； 图3是本发明中控制支流夏季水华的三峡水库水位调度方法图； 图4是本发明中控制支流秋季水华的三峡水库水位调度方法图。
具体实施例方式以三峡水库为例说明通过水位调节控制河道型水库支流水华发生的步骤
图1是三峡水库水位常规调度控制方案，在三峡水库正常运行期，自1月1日开始，三 峡水库根据实际情况从正常蓄水位ι即175米开始泄水，在考虑发电的同时，主要用以下游 生态补水，至3月下旬，水库水位消落至枯季最低水位2即155米，5月初开始汛前泄水，至 6月上中旬消落至防洪限制水位3即145米，9月中下旬开始汛后蓄水，至10月底，11月初 上涨至正常蓄水位1即175米。在常规运行期内，存在三个相对平缓的水位过程，即每年1月初至5月初，三峡水库向下游补水而水位逐渐下降，日降水位约0. 2米左右，下降过程较 缓慢，此阶段的3月初至5月初时值春季气温回暖季节，低水位变动有助于藻类生长并向上 聚集，形成春季水华，主要是喜温甲藻、硅藻水华等；每年6月中旬至8月中旬，水库水位维 持在汛限水位3即145米，时值气温较高的夏季，支流库湾表层水温较高，水温分层显著， 有助于藻类生长并形成夏季水华，主要是喜热蓝、绿藻水华等；每年8月底至9月中下旬，水 库水位保持在汛限水位3即145米不变，时至气温逐渐下降的秋季，水温逐渐下降，易于喜 温硅藻类生长，形成秋季水华；每年11月初至12月底，水位维持在汛限水位1即175米， 此过程处于冬季，由于气温较低，水温垂向混合较弱，支流不易出现藻类水华。对于3-5月的春季水华，采用春季“潮汐式”水位调度方案，如图2所示，即在水华 暴发时段，短时间内减小大坝下泄流量，在2-3天内抬升水位3-6米，日均抬升1.5-2米， 强化支流中层异重流的形成，扩大其对支流支流的影响范围，迫使支流形成“上进下出”的 水循环模式，缓解水华暴发程度；之后根据实际情况增大大坝下泄流量。周期式进行上述水 位调度过程，对支流形成“潮汐式”影响。该调度方案的特点是能够缓解支流春季水华，增 大三峡电厂发电量，但在枯水运用期对下游航道有间歇式影响。对于6-8月的于夏季水华，采用夏季“潮汐式”调度方案，如图3所示，即在水华暴 发时段，在2-3天内将水位由防洪汛限水位抬升4-6米水位，但不超过上限水位4即156 米，日均抬升2米左右，扩大异重流对支流的影响范围，使支流水体形成“上进下出”的水 循环模式，打破支流水动力、营养盐等空间“分区”特性，破坏水温分层，缓解并控制水华的 形成；之后增大大坝下泄流量，在3-4天内将水位迅速降低4-6米，但不低于汛限水位3即 145米，增大支流流速大小，缩短水体滞留时间，将支流内部分高藻类含量水体携出支流， 以缓解水华的发生。周期式进行上述水位调度过程，使水位在145-156米之间波动，对支流 形成“潮汐式”影响。该调度方案的特点是能够缓解并控制支流夏季水华，增大三峡电厂 发电量，并对下游形成人造“洪峰”及洪水“脉冲”，但与防洪有一定的矛盾，必须要基于可靠 的洪水预报方可进行。对于9-10月的秋季水华，采用“提前蓄水”调度方案，如图4所示，即若在9-10月 暴发较为严重的支流水华，则在9月初开始蓄水，于9月中下旬将水位抬升至水位4即156 米水位，采用“先快后慢”的蓄水过程，即蓄水初4-5日，日均抬升水位1. 0-1. 5米，后期日 均抬升水位0. 4米；于9月底至10月底，将水位由156米的水位4抬升至正常蓄水水位1 即175米水位，亦采用“先快后慢”的蓄水过程。蓄水过程对支流水华的影响机理与前两种 方案一致。该方案的特点是能够缓解并控制支流水华，提前蓄水能保证水库蓄水至175米 水位，比常规方案中汛末蓄水的大坝下泄流量要大，易于满足蓄水过程中的下流流量约束， 但与防洪有一定的矛盾，必须要基于可靠的洪水预报方可进行。
权利要求
一种通过水位调节控制河道型水库支流水华发生的方法，其特征在于分别在春季、夏季、秋季等支流水华期间，以河道型水库常规调度水位过程线为基础，首先持续抬高水库水位，增强支流异重流能量补给，扩大异重流对支流的影响范围，然后持续降低水位，增大干流水体流速，促进干流对支流水体的拖动作用，进而缩小支流水体滞留时间，并为下次抬升水位提供水位可变空间，将水位抬升 下降过程交替进行，干流水位的波动对支流水体形成“潮汐式”影响，能增大干支流水体交换频率，持续破坏支流藻类生长环境，进而控制支流水华。
2.根据权利要求1所述的通过水位调节控制河道型水库支流水华发生的方法，其特征 在于对于3-5月的春季水华，采用春季“潮汐式”水位调度方案，在水华暴发时段，短时间 内减小大坝下泄流量，在2-3天内抬升水位3-6米，强化支流中层异重流的形成，扩大其对 支流的影响范围，迫使支流形成“上进下出”的水循环模式，缓解水华暴发程度；之后根据实 际情况增大大坝下泄流量。
3.根据权利要求1所述的通过水位调节控制河道型水库支流水华发生的方法，其特征 在于对于6-8月的夏季水华，采用夏季“潮汐式”调度方案，即在水华暴发时段，在2-3天 内将水位由防洪汛限水位抬升4-6米水位，但不超过上限水位，，扩大异重流对支流的影 响范围，使支流水体形成“上进下出”的水循环模式，打破支流水动力、营养盐等空间“分区” 特性，破坏水温分层，缓解并控制水华的形成；之后增大大坝下泄流量，在3-4天内将水位 迅速降低4-6米，但不低于汛限水位，增大支流流速大小，缩短水体滞留时间，将支流内部 分高藻类含量水体携出支流，以缓解水华的发生。
4.根据权利要求1所述的通过水位调节控制河道型水库支流水华发生的方法，其特征 在于对于9-10月的秋季水华，采用“提前蓄水”调度方案，即若在9-10月暴发较为严重的 支流水华，则在9月初开始蓄水，采用“先快后慢”的蓄水过程，即蓄水初4-5日，日均抬升 水位1. 0-1. 5米，后期日均抬升水位0. 4米；于9月底至10月底，将水位抬升至正常蓄水 水位，以缓解支流水华发生。
全文摘要
一种通过水位调节控制河道型水库支流水华发生的方法，它以河道型水库常规水位调度方案为基础，分别进行春、夏季“潮汐式”和秋季“提前蓄水”式调度，通过增大支流异重流在支流中的强度和影响范围来促使水库干流低藻类、掺混均匀、高泥沙含量水体进入支流，打破支流原来水动力、营养盐及水华空间分区格局，加大水体垂向混合程度，缩小真光层厚度，增大支流流速，降低支流水体滞留时间，从而控制支流水华的暴发或控制暴发区域。本发明不仅能够满足水库防洪、发电、通航、补水等传统效益，还能兼顾控制支流水华的生态效益，避免了控制水体富营养化传统方法的缺点，实施简单、见效较快，能够很快地进行监测与评价，具有较强的操作性和实用性。
文档编号C02F1/00GK101982424SQ20101053257
公开日2011年3月2日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者刘德富, 刘流, 孔松, 杨正健, 王从锋, 纪道斌, 马骏, 黄钰铃 申请人:三峡大学