河道型水庫支流庫灣水華暴發的不確定性研究

《河道型水庫支流庫灣水華暴發的不確定性研究》是依託河海大學，由毛勁喬擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：河道型水庫支流庫灣水華暴發的不確定性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：毛勁喬
• 依託單位：河海大學

項目摘要

水庫是強人工干擾下的複雜水體，水庫水華的暴發有很強的不確定性，是造成難以預防、治理和調控的主要障礙之一。本項目擬以三峽水庫支流香溪河庫灣為代表，結合現場觀測、數值模擬、數據挖掘和數據同化等方法，系統研究河道型水庫支流庫灣水華暴發過程中營養鹽、水動力、水文氣象等主要驅動因素的不確定性問題。構建適用於河道型水庫支流庫灣水華研究的貝葉斯網路系統，定量分析水生態系統變數之間的不確定性因果關係及傳播途徑；通過交叉融合觀測與模型的內外有效信息，動態評估關鍵驅動因素的機率分布，量化水庫調度運行在水華暴發過程中的間接不確定性影響。基於上述研究，針對不同典型氣象水文條件和水庫調度運行工況，闡明不確定環境下驅動水華暴發的主要因素及其演替規律。本研究不但有助於加深對水華暴發機制的理解，也有助於揭示水庫水華的工程可調控性。

結題摘要

水庫蓄水後水動力特性被人為改變，自淨能力相對較弱，易富集過量營養鹽，形成水體富營養化；在適宜的氣象及水動力條件下，過量營養鹽會刺激藻類的急劇過量繁殖，暴發水華，造成全方位的負面環境影響。深入研究水華暴發機制，建立風險預報模式，尋求預防處置和調控水庫水華的有效方法，對實現高效水環境管理具有重要的現實意義。本項目以三峽水庫支流香溪河庫灣為例，針對水華暴發過程的不確定性關鍵問題，以水庫運行調度為基本背景，在兼顧氣象水文等外部驅動因素的同時，圍繞著水動力條件與營養物質濃度的不確定性因果關係，開展了以現場觀測為數據基礎、以水動力特徵指標為人為影響衡量依據、以水生態模型為模擬手段、以貝葉斯網路為不確定性推理技術的系統研究。通過分析河道型水庫支流庫灣水動力與水環境特徵，構建基於BN網路水華暴發風險預測模型，從水體沖淡時間的角度研究提出抑制支流庫灣水華的最佳化調控方法，研究成果如下：（1）通過闡明河道型水庫支流庫灣的水動力、水環境特徵的縱向變化規律，首次提出了支流庫灣縱向特徵分區理論及方法；揭示了不同交匯角對乾支流交匯段關鍵水力特性變化的影響；推導了支流庫灣水體沖淡時間的計算公式，揭示了支流庫灣物質濃度隨時間的衰減均遵循雙指數規律變化，探討了水體傳輸時間尺度影響因子及其敏感性分析；（2）揭示了流速、沖淡時間均與葉綠素濃度存在空間回響關係；選取降雨、氣溫、濕度、太陽輻射、風速、流量、流速、沖淡時間、營養鹽濃度及比例、DO、水溫、PH、真光層/混合層等因子以及葉綠素濃度，構建貝葉斯網路，通過不同的分析方案，總結了主要驅動因子（水動力、營養鹽、水環境條件）的演替規律，得到水華暴發風險的分布圖；（3）圍繞著調控庫灣水體沖淡時間這一主線，結合經濟社會效益等目標，建立了兼顧乾支流水體交換需求且綜合效益最大的水庫秋季生態調度最佳化模型，提出了協調水庫生態與經濟效益目標的最優方案建議。