摘要：利用開發(fā)的三峽水庫整體一維水流水質(zhì)數(shù)學(xué)模型，對(duì)三峽水庫建成前后的水流水質(zhì)變化趨勢進(jìn)行預(yù)測分析。重點(diǎn)介紹三峽工程建成后，庫區(qū)水流條件巨大變化對(duì)污染物輸移轉(zhuǎn)化特性和水質(zhì)分布的影響。預(yù)測結(jié)果表明，三峽工程建成后，三斗坪水位175m條件下，回水區(qū)斷面平均流速比建庫前減小4倍左右，平均有機(jī)污染物自凈降解速率和大氣復(fù)氧速率比天然河道狀況減小1倍。由于污染物在庫區(qū)滯留時(shí)間成倍延長，有機(jī)污染物排入水庫后的自凈降解總量較天然河道狀況增大，因而，建庫后回水區(qū)內(nèi)斷面平均有機(jī)污染物濃度較天然河道狀況明顯下降，但是，斷面平均溶解氧濃度與天然河道狀況相比也明顯降低，對(duì)于守恒類污染物，建庫前后水質(zhì)變化不大。因此，三峽工程對(duì)庫區(qū)水質(zhì)影響有利也有弊。
關(guān)鍵詞：三峽工程 水庫 水流
三峽工程作為人類治理和開發(fā)長江的關(guān)鍵性骨干工程，水庫蓄水以后，庫區(qū)水質(zhì)如何變化一直成為國內(nèi)外廣泛關(guān)注的問題。盡管在三峽工程項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)論證階段，國內(nèi)外專家已對(duì)三峽工程本身帶來的環(huán)境問題進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查、分析與研究，取得了豐富的研究成果，但是，由于受多種復(fù)雜因素的影響，迄今為止，有關(guān)三峽工程對(duì)未來庫區(qū)水質(zhì)狀況的影響程度，尚沒有一個(gè)十分明確及定量化的結(jié)論[1].隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)學(xué)模型已成為河流水文水質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)的重要工具。本文利用作者開發(fā)研制的三峽水庫整體一維水流水質(zhì)數(shù)學(xué)模型，定量預(yù)測水庫建成前后，庫區(qū)斷面平均水流水質(zhì)變化趨勢，重點(diǎn)分析研究三峽工程對(duì)庫區(qū)水流水質(zhì)的影響程度，為三峽水庫水污染控制對(duì)策的制定提供科學(xué)依據(jù)。
1 研究概述
1.1 研究重點(diǎn)
三峽水庫建成以后對(duì)庫區(qū)江段影響最直接、最顯著的是庫區(qū)河道形態(tài)和水流結(jié)構(gòu)將發(fā)生很大變化，由此將改變庫區(qū)污染物質(zhì)輸移轉(zhuǎn)化過程，進(jìn)而必將引起庫區(qū)水質(zhì)變化。因此，要了解三峽水庫建成前后水質(zhì)變化趨勢，關(guān)鍵是了解水流條件的巨大變化對(duì)庫區(qū)水質(zhì)的影響程度。
1.2 研究范圍
三峽水庫庫容隨上游來水條件、水庫蓄水位的變化而變化，將三峽整個(gè)庫區(qū)江段及其延伸段作為對(duì)象體，研究范圍包括長江干流和匯入流量占支流總流量90％的兩條重要支流嘉陵江和烏江。其中干流研究范圍從重慶上游的朱沱至三斗坪，全長約730km；嘉陵江從北碚至入庫匯流口，全長約60km；烏江從武隆至入庫匯流口，全長約68km.
1.3 研究手段
三峽水庫建成后，盡管水位抬高、河面加寬，但水庫在正常蓄水位175m條件下，河道平均寬度在1000m左右，仍屬于典型的河道型水庫，庫區(qū)內(nèi)水流水質(zhì)總體運(yùn)動(dòng)特性基本遵循一維運(yùn)動(dòng)規(guī)律。為了對(duì)大范圍長距離的三峽河道型水庫總體水流水質(zhì)進(jìn)行預(yù)測，一維水流水質(zhì)數(shù)學(xué)模型將是實(shí)用有效的技術(shù)手段。為此，作者將三峽整個(gè)庫區(qū)作為對(duì)象體，進(jìn)行了一維水流水質(zhì)數(shù)學(xué)模型的開發(fā)研究[2].模型針對(duì)三峽水庫的特點(diǎn)，充分考慮了水庫建成前后水流條件巨大變化對(duì)水流水質(zhì)輸移轉(zhuǎn)化特性的影響，并建立了一系列預(yù)測水流水質(zhì)模型參數(shù)變化趨勢的經(jīng)驗(yàn)公式，開發(fā)的水流水質(zhì)模型具有較高的模擬預(yù)測精度，能夠模擬預(yù)測三峽庫區(qū)水流水質(zhì)的變化。
1.4 水流水質(zhì)預(yù)測工況
利用開發(fā)的模型系統(tǒng)，對(duì)三峽水庫建成前后水流水質(zhì)狀況進(jìn)行了幾十種代表性組合工況的預(yù)測研究，水質(zhì)模擬指標(biāo)包括三氧、三氮、總磷、總氮和重金屬等反映三峽水庫水質(zhì)狀況的12項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)。受篇幅限制，本文將枯水期7Q10入庫流量（相應(yīng)的朱沱站入庫流量為2125m3/s）、三斗坪正常蓄水位175m條件，作為水庫建成以后的典型狀況，用同樣上游來流量（朱沱站入庫流量也為2125m3/s），三斗坪水位取為天然河道水位65.8m代表天然河道狀況。通過兩組對(duì)比工況的數(shù)值模擬預(yù)測，基本上能反映三峽水庫建成前后總體水流水質(zhì)的變化特點(diǎn)。其中“總體”水流水質(zhì)的概念，意旨斷面混合均勻的平均概念。
2 三峽水庫建成以后河道形態(tài)和水流條件變化趨勢預(yù)測
2.1 河道形態(tài)特征變化趨勢
以枯水季節(jié)三峽水庫7Q10來流量為例，水庫蓄水后回水長655km，回水末端到達(dá)重慶市主城區(qū)。由于三峽水庫處于丘陵與峽谷地區(qū)，盡管水庫壩前水位較天然河道狀況抬高100多m，但是河道的總體形態(tài)特征變化不是很大，建庫后河道平均水面寬在1000m左右，較天然河道拓寬2.5倍（天然河道平均水面寬385m），水庫形成以后的長寬比約為650∶1左右，屬于典型的河道型水庫。三峽庫區(qū)江段河道形態(tài)極不規(guī)則，沿水流方向河道寬谷與峽谷相間，斷面突擴(kuò)突縮現(xiàn)象十分顯著，復(fù)雜的河道形態(tài)直接影響著水流運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)以及污染物沿程輸移轉(zhuǎn)化規(guī)律。
2.2 水流流態(tài)變化趨勢
水庫建成以后，隨著水位抬高，過水面積增大，庫區(qū)流速迅速減小?？菟谔烊缓拥廊纹骄鶖嗝媪魉贋?.85m/s，水庫建成以后，庫區(qū)全江段斷面平均流速下降為0.17m/s，比天然河道狀況減小了4倍，尤其是在壩前深水區(qū)，水庫建成以后斷面平均流速下降為0.04m/s左右，比天然河道的斷面平均流速減小了近5倍。水流運(yùn)動(dòng)特性的巨大變化，對(duì)庫區(qū)污染物輸移轉(zhuǎn)化特性將產(chǎn)生巨大影響。
關(guān)鍵詞：三峽工程 水庫 水流
三峽工程作為人類治理和開發(fā)長江的關(guān)鍵性骨干工程，水庫蓄水以后，庫區(qū)水質(zhì)如何變化一直成為國內(nèi)外廣泛關(guān)注的問題。盡管在三峽工程項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)論證階段，國內(nèi)外專家已對(duì)三峽工程本身帶來的環(huán)境問題進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查、分析與研究，取得了豐富的研究成果，但是，由于受多種復(fù)雜因素的影響，迄今為止，有關(guān)三峽工程對(duì)未來庫區(qū)水質(zhì)狀況的影響程度，尚沒有一個(gè)十分明確及定量化的結(jié)論[1].隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)學(xué)模型已成為河流水文水質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)的重要工具。本文利用作者開發(fā)研制的三峽水庫整體一維水流水質(zhì)數(shù)學(xué)模型，定量預(yù)測水庫建成前后，庫區(qū)斷面平均水流水質(zhì)變化趨勢，重點(diǎn)分析研究三峽工程對(duì)庫區(qū)水流水質(zhì)的影響程度，為三峽水庫水污染控制對(duì)策的制定提供科學(xué)依據(jù)。
1 研究概述
1.1 研究重點(diǎn)
三峽水庫建成以后對(duì)庫區(qū)江段影響最直接、最顯著的是庫區(qū)河道形態(tài)和水流結(jié)構(gòu)將發(fā)生很大變化，由此將改變庫區(qū)污染物質(zhì)輸移轉(zhuǎn)化過程，進(jìn)而必將引起庫區(qū)水質(zhì)變化。因此，要了解三峽水庫建成前后水質(zhì)變化趨勢，關(guān)鍵是了解水流條件的巨大變化對(duì)庫區(qū)水質(zhì)的影響程度。
1.2 研究范圍
三峽水庫庫容隨上游來水條件、水庫蓄水位的變化而變化，將三峽整個(gè)庫區(qū)江段及其延伸段作為對(duì)象體，研究范圍包括長江干流和匯入流量占支流總流量90％的兩條重要支流嘉陵江和烏江。其中干流研究范圍從重慶上游的朱沱至三斗坪，全長約730km；嘉陵江從北碚至入庫匯流口，全長約60km；烏江從武隆至入庫匯流口，全長約68km.
1.3 研究手段
三峽水庫建成后，盡管水位抬高、河面加寬，但水庫在正常蓄水位175m條件下，河道平均寬度在1000m左右，仍屬于典型的河道型水庫，庫區(qū)內(nèi)水流水質(zhì)總體運(yùn)動(dòng)特性基本遵循一維運(yùn)動(dòng)規(guī)律。為了對(duì)大范圍長距離的三峽河道型水庫總體水流水質(zhì)進(jìn)行預(yù)測，一維水流水質(zhì)數(shù)學(xué)模型將是實(shí)用有效的技術(shù)手段。為此，作者將三峽整個(gè)庫區(qū)作為對(duì)象體，進(jìn)行了一維水流水質(zhì)數(shù)學(xué)模型的開發(fā)研究[2].模型針對(duì)三峽水庫的特點(diǎn)，充分考慮了水庫建成前后水流條件巨大變化對(duì)水流水質(zhì)輸移轉(zhuǎn)化特性的影響，并建立了一系列預(yù)測水流水質(zhì)模型參數(shù)變化趨勢的經(jīng)驗(yàn)公式，開發(fā)的水流水質(zhì)模型具有較高的模擬預(yù)測精度，能夠模擬預(yù)測三峽庫區(qū)水流水質(zhì)的變化。
1.4 水流水質(zhì)預(yù)測工況
利用開發(fā)的模型系統(tǒng)，對(duì)三峽水庫建成前后水流水質(zhì)狀況進(jìn)行了幾十種代表性組合工況的預(yù)測研究，水質(zhì)模擬指標(biāo)包括三氧、三氮、總磷、總氮和重金屬等反映三峽水庫水質(zhì)狀況的12項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)。受篇幅限制，本文將枯水期7Q10入庫流量（相應(yīng)的朱沱站入庫流量為2125m3/s）、三斗坪正常蓄水位175m條件，作為水庫建成以后的典型狀況，用同樣上游來流量（朱沱站入庫流量也為2125m3/s），三斗坪水位取為天然河道水位65.8m代表天然河道狀況。通過兩組對(duì)比工況的數(shù)值模擬預(yù)測，基本上能反映三峽水庫建成前后總體水流水質(zhì)的變化特點(diǎn)。其中“總體”水流水質(zhì)的概念，意旨斷面混合均勻的平均概念。
2 三峽水庫建成以后河道形態(tài)和水流條件變化趨勢預(yù)測
2.1 河道形態(tài)特征變化趨勢
以枯水季節(jié)三峽水庫7Q10來流量為例，水庫蓄水后回水長655km，回水末端到達(dá)重慶市主城區(qū)。由于三峽水庫處于丘陵與峽谷地區(qū)，盡管水庫壩前水位較天然河道狀況抬高100多m，但是河道的總體形態(tài)特征變化不是很大，建庫后河道平均水面寬在1000m左右，較天然河道拓寬2.5倍（天然河道平均水面寬385m），水庫形成以后的長寬比約為650∶1左右，屬于典型的河道型水庫。三峽庫區(qū)江段河道形態(tài)極不規(guī)則，沿水流方向河道寬谷與峽谷相間，斷面突擴(kuò)突縮現(xiàn)象十分顯著，復(fù)雜的河道形態(tài)直接影響著水流運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)以及污染物沿程輸移轉(zhuǎn)化規(guī)律。
2.2 水流流態(tài)變化趨勢
水庫建成以后，隨著水位抬高，過水面積增大，庫區(qū)流速迅速減小?？菟谔烊缓拥廊纹骄鶖嗝媪魉贋?.85m/s，水庫建成以后，庫區(qū)全江段斷面平均流速下降為0.17m/s，比天然河道狀況減小了4倍，尤其是在壩前深水區(qū)，水庫建成以后斷面平均流速下降為0.04m/s左右，比天然河道的斷面平均流速減小了近5倍。水流運(yùn)動(dòng)特性的巨大變化，對(duì)庫區(qū)污染物輸移轉(zhuǎn)化特性將產(chǎn)生巨大影響。