大型水庫三維水質模型研究

劉中峰,李 然,陳明千,黃 翔,曹玲玲

(四川大學水力學與山區河流開發保護國家重點實驗室,四川成都 610065)

近年來,二灘、溪洛渡、白鶴灘等一大批高壩工程已建、在建或待建。這些工程在帶來巨大經濟效益和社會效益的同時,不可避免地對河流水質產生了一定的影響。因此,對大型水庫的水質預測模擬具有重大的理論和工程意義。

大型水庫的水質要素分布有著與天然河道不同的特點[1]。與天然河道相比,水庫水深顯著增大,流速明顯減小,水體水環境條件發生改變,同時由于地形、流場等的三維效應,溫度、水質要素可能出現垂向分層現象。目前,一、二維水質預測模型已經比較成熟,三維模型的研究也正逐漸開展。聶晶[2]根據質量守恒定律和Fick定律,推導出水庫水體總磷三維遷移轉化生態數學模型,并將其應用到密云水庫,取得了較好的模擬結果;MAO等[3]建立了一種物理過程和生化過程耦合的三維模型,用來模擬太湖中營養物質的年變化情況;George等[4-5]針對 Lake Washington提出了一個復雜的三維富營養化模型,成功分析了浮游植物的動力學特征。

以上模型能夠較好地模擬水體中水質要素的基本分布規律,但它們大多針對特定的研究對象,且都沒有考慮溫度分層的影響,而在大型水庫中溫度分層對水質要素的分布有較大的影響[6]。另外,上述模型都是非穩態模型,這在提高模型預測精度的同時,卻很大程度上提高了計算代價,尤其是大型水庫的計算區域非常大,采用非穩態模型計算所花費的時間非常長。……