專利名稱：利用內波改善河道型水庫支流庫灣水溫層化特性的方法
技術領域：
本發明屬于湖庫水生態改善與修復技術領域，具體的說是一種利用內波改善河道型水庫支流庫灣水溫層化特性的方法。
背景技術：
河道型水庫建成后，支流受干流水位的頂托，形成庫灣。水流流速十分緩慢(僅毫米量級)，水深大(達100米以上)，其水動力特性類似于深水湖泊，水溫層化現象顯著，易形成穩定分層型水體，穩定分層型水體從上到下分為溫變層、溫躍層和滯溫層。水溫是藻類生長的主要影響因素，水溫分層所形成的溫躍層將導致污染物及營養鹽濃度出現躍層，阻隔了上下層水體的物質和能量交換。溫躍層下部水體溶解氧含量降低、二氧化碳濃度增加，形成還原環境，引起浮游生物、水生植物的種類、數量、分布發生改變，下泄低溫水還可能引起 魚類產卵期延后、產卵率降低，使灌區農作物代謝緩慢、產量下降，對壩址下游大范圍內的水生態與水環境都將帶來諸多不利。對于水溫分層及其導致低溫水下泄所產生的生態環境問題，目前主要通過工程措施，如對取水口局部采用分層取水、疊梁門、動力攪拌、曝氣等方法，雖然使所取水體水溫適當提高，但這些措施都無法改變庫區大體積水域溫度分層狀況、不能改善庫區大范圍水體的生態環境。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術的缺點，提供一種利用內波改善河道型水庫支流庫灣水溫層化特性的方法，可顯著提高水體的水動力強度，抑制水溫分層，達到改善水體生態環境的目的。本發明解決以上技術問題的技術方案是
一種利用內波改善河道型水庫支流庫灣水溫層化特性的方法，包括與水庫干流連接的水庫支流，水庫支流存在支流庫灣，水庫干流上建有大壩，包括以下步驟
㈠在河道型水庫支流庫灣水溫層化期間，利用水電站、船閘或樞紐運行調度，使大壩前水位(水位是指壩前水位，當支流離壩址比較近時，一般認為支流庫灣水位與壩前水位保持同步。)出現交替變化現象，引起河道型水庫支流庫灣河口形成類似潮汐現象的水位波動；(二)水庫支流庫灣與水庫干流之間水體劇烈交換，形成潮汐式吞吐流；
㈢吞吐流在溫躍層處產生剪切作用，在溫躍層附近產生潮成內波；
(四)潮成內波沿溫躍層的傳輸與破碎過程使溫躍層上下水體出現反向流動，帶動密度躍層上下水體充分混合，起到改善水溫分層的作用。本發明利用海洋內波的產生與傳輸機理，結合水庫的生態調度方法，激發深水湖庫等密度分層水體使其產生內波。內波在水體中傳播時，不僅會使流速增大，而且使得密度躍層上下的水流呈剪切狀態，直接影響到水體中物質輸運，改變其運動軌跡。內波在傳播過程中，會造成內波場的不穩定和內波破碎，導致水體內部的混合，形成一種天然的水下攪拌，起到抑制水體水溫分層的作用。本發明進一步限定的技術方案是
前述的利用內波改善河道型水庫支流庫灣水溫層化特性的方法，河道型水庫支流庫灣水溫層化期間，溫躍層處垂向溫度梯度達到O. 2V /m以上。水溫分層是內波產生的前提條件，只有垂向溫度梯度達到O. 2V /m以上時，才會產生內波。本發明的有益效果是本發明結合水庫的調度，激發深水湖庫等密度分層水體使其產生內波，形成一種天然的水下攪拌式的運動。本方法易于實現，可影響大范圍的水體，顯著提高水體的水動力強度，抑制水溫分層，達到改善水體生態環境的目的。


圖I是本發明的大壩與支流地理位置示意圖。
圖2是水電站、船閘或樞紐運行調度所產生的壩前水位波動圖。圖3是潮汝式吞吐流不意圖。圖4是內波作用下庫灣溫躍層附近水溫振蕩示意圖。圖5是某水庫在調度過程中水位及水位日變幅過程圖。
具體實施例方式實施例I
本實施例提供的一種利用內波改善河道型水庫支流庫灣水溫層化特性的方法，壩與支流地理位置示意如圖I所示，包括與水庫干流連接的水庫支流，水庫支流存在支流庫灣d，水庫干流上建有大壩b，包括以下步驟
㈠在河道型水庫支流庫灣d水溫層化期間，利用水電站、船閘或樞紐運行調度，使大壩b前水位(水位是指壩前水位，當支流離壩址比較近時，一般認為支流庫灣水位與壩前水位保持同步。)出現交替變化現象，水電站、船閘或樞紐運行調度所產生的壩前水位波動如圖2所示,從而引起河道型水庫支流庫灣河口 c形成類似潮汐現象的水位波動；河道型水庫支流庫灣d水溫層化期間，溫躍層處垂向溫度梯度達到O. 2°C/m以上，水溫分層是內波產生的前提條件，只有垂向溫度梯度達到O. 2V /m以上時，才會產生內波；
(二)水庫支流庫灣與水庫干流之間水體劇烈交換，形成潮汐式吞吐流，形成的潮汐式吞吐流如圖3所示；
㈢吞吐流在溫躍層處產生剪切作用，在溫躍層附近產生潮成內波；
(四)潮成內波沿溫躍層的傳輸與破碎過程使溫躍層上下水體出現反向流動，帶動密度躍層上下水體充分混合，起到改善水溫分層的作用，內波作用下庫灣溫躍層附近水溫振蕩如圖4所示。本發明通過調節水電站、船閘或樞紐運行調度時的下泄流量，產生劇烈的水位波動，進而引發內重力波。內重力波是隱藏于密度分層流中的一種特定波動，當它沿密度躍層傳輸時，形成波幅大、波速低、波長長、攜帶巨大能量的內波，其傳輸與破碎過程將帶動密度躍層上下水體充分混合，可在大尺度內抑制水溫層化。本發明能有效改善深水湖、庫、灣、峽的密度層化特性，相對于目前工程界常用的分層取水、動力攪拌、曝氣等工程措施，具有操作簡單、效果明顯等優點，可從根本上改善庫灣水溫分層所帶來的水生態問題。
圖5中e、f分別是水庫在調度過程中水位及水位日變幅過程圖。由圖可以看出，水位日變幅繼續增大，水溫分層狀態得到進一步改善，水質狀況明顯好轉。本發明提供的方法對于抑制水庫支流庫灣溫躍層的產生與發展，改善庫灣水生態與水環境具有顯著的效果。除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保 護范圍。
權利要求
1.利用內波改善河道型水庫支流庫灣水溫層化特性的方法，包括與水庫干流連接的水庫支流，水庫支流存在支流庫灣，水庫干流上建有大壩，其特征在于包括以下步驟 ㈠在河道型水庫支流庫灣水溫層化期間，利用水電站、船閘或樞紐運行調度，使大壩前水位出現交替變化現象，引起河道型水庫支流庫灣河口形成類似潮汐現象的水位波動； (ニ)水庫支流庫灣與水庫干流之間水體劇烈交換，形成潮汐式呑吐流； ㈢吞吐流在溫躍層處產生剪切作用，在溫躍層附近產生潮成內波； (四)潮成內波沿溫躍層的傳輸與破碎過程使溫躍層上下水體出現反向流動，帶動密度躍層上下水體充分混合，起到改善水溫分層的作用。
2.如權利要求I所述的利用內波改善河道型水庫支流庫灣水溫層化特性的方法，其特征在于河道型水庫支流庫灣水溫層化期間，溫躍層處垂向溫度梯度達到O. 2V /m以上。
全文摘要
本發明屬于湖庫水生態改善與修復技術領域，是一種利用內波改善河道型水庫支流庫灣水溫層化特性的方法，在支流庫灣水溫分層期間，使下泄流量產生波動，進而引起庫區水位產生波動，在支流庫灣河口形成潮汐現象；庫灣與干流水庫之間形成潮汐式吞吐流；吞吐流在溫躍層處產生剪切作用，因而在溫躍層附近產生潮成內波；潮成內波沿溫躍層的傳輸，使躍層上下水體出現反向流動，出現了交替流的現象，水體溫度場出現混合，進而起到改善水溫分層的作用。本發明結合水庫的調度，激發深水湖庫等密度分層水體使其產生內波，形成一種天然的水下攪拌式的運動。本方法易于實現，可影響大范圍的水體，顯著提高水體的水動力強度，抑制水溫分層，達到改善水體生態環境的目的。
文檔編號E02B3/00GK102704440SQ201210007460
公開日2012年10月3日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者余真真, 戴會超, 戴凌全, 朱海, 王玲玲 申請人:戴會超