龍良紅,紀道斌,劉德富,2,嚴　萌,崔玉潔，宋林旭

(1.三峽大學 水利與環(huán)境學院, 湖北 宜昌　443002; 2.湖北工業(yè)大學 資源與環(huán)境工程學院, 武漢　430068;3.武漢大學 水利水電學院,武漢　430072)

?

基于CE-QUAL-W2模型的三峽水庫神農(nóng)溪庫灣水流水溫特性分析

龍良紅1,紀道斌1,劉德富1,2,嚴萌1,崔玉潔3，宋林旭1

(1.三峽大學 水利與環(huán)境學院, 湖北 宜昌443002; 2.湖北工業(yè)大學 資源與環(huán)境工程學院, 武漢430068;3.武漢大學 水利水電學院,武漢430072)

摘要：三峽水庫蓄水以來，庫區(qū)干、支流水文水動力變化顯著。通過現(xiàn)場觀測和構(gòu)建三峽水庫神農(nóng)溪支流庫灣立面二維水動力模型(CE-QUAL- W2)，對比研究了三峽水庫不同時期水流、水溫時空分布特征。研究結(jié)果表明：神農(nóng)溪庫灣水體整體流速緩慢，不同時期均存在不同強度的異重流現(xiàn)象，包括干流倒灌異重流和上游入流底部順坡異重流；枯水運行期和汛前消落期干流水體從表層潛入庫灣，強度較弱；汛期和汛末蓄水期存在中層倒灌并且強度較大，影響整個庫灣；上游入流處由于來流水溫一般低于庫灣，存在入流底部順坡異重流現(xiàn)象。庫灣水溫呈春夏升溫、秋冬降溫的變化趨勢，一年四季均存在水溫分層現(xiàn)象；但冬季分層相對較弱，其它季節(jié)水溫分層明顯；水溫分層模式因異重流的存在，明顯不同于一般水庫的水溫分層。對比分析表明，CE-QUAL-W2模型可較為準確地反映神農(nóng)溪庫灣水流及水溫時空分布特性。研究可為更細化分析三峽水庫神農(nóng)溪庫灣水流水溫特性、開展水華預報提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：三峽水庫；神農(nóng)溪庫灣；水流水溫時空分布；異重流；CE-QUAL-W2模型

三峽水庫蓄水以來，在一定程度上改變了長江水流條件和水文情勢，進而影響了長江流域的水生態(tài)環(huán)境[1-3]。近年來三峽庫區(qū)大多數(shù)支流的營養(yǎng)水平已達富營養(yǎng)狀態(tài)，水流條件改變，使得支流庫灣等水域暴發(fā)“水華”的風險逐漸加大[4-5]。目前對于三峽支流庫灣的水體富營養(yǎng)化[6-8]和水華[9-11]的研究表明，水動力條件的變化是三峽水庫支流庫灣發(fā)生富營養(yǎng)化的主要誘因[12-16]。它作為表征水動力條件最基本、最直觀的因子，對于藻類的生長、聚集與分布具有十分明顯的影響[17]。三峽水庫成庫后，在庫灣支流形成水體水溫分層結(jié)構(gòu)。水溫分層影響了藻類的生長、分布。大量研究表明，水溫分層會減小水體混合層的深度、加速藻類的生長繁殖、促進水華的爆發(fā)[18]。

本文基于2013年三峽水庫神農(nóng)溪庫灣全年的野外監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用CE-QUAL-W2立面二維水流水溫模型，對比分析庫灣流速、水溫的時空分布特征和變化規(guī)律，驗證CE-QUAL-W2模型對三峽水庫支流庫灣的適用性，以期為開展“水華”預報提供技術(shù)支撐。

1研究區(qū)概況

1.1神農(nóng)溪概況

神農(nóng)溪灣多，狹長，5A級景區(qū)的封閉管理使得研究相對落后。2003年以來神農(nóng)溪暴發(fā)了多次水華[19]，2014年6月歷時1個月的藍藻水華更引起社會的廣泛關(guān)注，因而研究神農(nóng)溪支流庫灣水流、水溫的分布特征和變化規(guī)律對于探明水華暴發(fā)機理、改善庫灣水環(huán)境具有重要意義。

神農(nóng)溪是湖北巴東長江北岸的一級支流，發(fā)源于神農(nóng)架的南坡，自南向北在巫峽口以東2 km處匯入長江，全長60.6 km，流域面積1 031.5 km2[20]。2003年三峽水庫開始蓄水以來，隨著水庫水位的逐漸抬升，神農(nóng)溪庫灣水面逐漸變寬、水流變緩，出現(xiàn)似湖泊水體特征。從河口至回水末端(沿渡河大橋)35 km水流幾乎靜止，導致營養(yǎng)物質(zhì)在庫灣內(nèi)滯留，加上底泥中營養(yǎng)鹽的緩慢釋放，為藻類的生長提供了充足的營養(yǎng)物質(zhì)，進而引發(fā)了“水華”的暴發(fā)。神農(nóng)溪為國家5A級旅游景區(qū)，是長江三峽旅游線上的5大景點之一[21]，同時也是“引江補漢”工程的源頭，所以有效防控神農(nóng)溪“水華”的暴發(fā)顯得尤為重要。

圖1　神農(nóng)溪庫灣監(jiān)測點布設Fig.1　Layout of monitoringpoints in Shennong Bay

圖2　神農(nóng)溪庫灣模型計算網(wǎng)格分布示意Fig.2　Calculation model grids for Shennong Bay

1.2采樣斷面設置和觀測頻率

根據(jù)神農(nóng)溪的地形

地貌特征、水體富營養(yǎng)化時空特性，從神農(nóng)溪河口至回水末端沿河道中泓布設6個監(jiān)測斷面，依次記為SN01，SN02，SN03，SN04，SN05，SN06；另在神農(nóng)溪源頭布置監(jiān)測斷面1個，記為SNYT；在長江干流神農(nóng)溪出口的上、下游各布設1個監(jiān)測斷面，分別記為CJBDS(長江巴東上)、CJBDX(長江巴東下)，共計9個采樣斷面(如圖1)。

監(jiān)測時段為2013年全年，每月進行1次現(xiàn)場監(jiān)測及室內(nèi)分析。水流流速利用挪威產(chǎn)聲學多普勒三維點式流速儀6 MHz的“Vector”測量，對每個監(jiān)測斷面在垂向上沿水深依次為0.5，1，2，4，6，8 m至水底，每隔2 m監(jiān)測1組流速數(shù)據(jù)，每個水深流速儀停留35 s。水溫、水深等參數(shù)由HydrolabDS5多參數(shù)水質(zhì)分析儀(美國)實時測定，從表層到水底進行連續(xù)均勻的監(jiān)測，讀數(shù)每5 s更新一次。

2基于CE-QUAL-W2的水流水溫模型

2.1CE-QUAL-W2模型

CE-QUAL-W2模型是由美國陸軍工程兵團水道實驗站開發(fā)的立面二維水動力水質(zhì)模型，適宜模擬側(cè)向水動力和水質(zhì)參數(shù)變化都非常小的狹長水體[22]，例如河流、水庫、河口以及較為復雜的組合系統(tǒng)。三峽水庫支流神農(nóng)溪為狹長型深水庫灣[23]，并且水體水溫沿縱、垂向差異顯著，橫向變化則很微弱，具有明顯的立面二維特性。

本文主要分析神農(nóng)溪庫灣水流水溫特性，所以采用立面二維CE-QUAL-W2模型來模擬神農(nóng)溪庫灣水動力特征。

2.2庫灣網(wǎng)格劃分

CE-QUAL-W2模型采用有限差分法求解，采用矩形網(wǎng)格對計算區(qū)域進行離散，縱向上劃分為若干單元段，垂向上劃分為若干層，每個單元的寬度采用斷面平均寬度。計算網(wǎng)格主要參數(shù)：段長DLX、層厚H、單元寬度B、水面坡度SLOPE。在劃分的網(wǎng)格中，上、下游邊界段和表、底邊界層寬度均設為0 m，用來表示各條支流之間的相互連接關(guān)系，但這些網(wǎng)格并不參與模型的實際運算。如圖2所示，上游入口從距離河口23.14 km處開始，下游至神農(nóng)溪庫灣與長江干流交匯處。根據(jù)網(wǎng)格劃分原則，將神農(nóng)溪庫灣劃分為48個河段、106層。計算網(wǎng)格垂向間距為1 m，各單元長度為503.03 m。考慮到三峽水庫最高蓄水位為175 m，因此模型頂部高程設為175 m。2.3邊界條件與初始條件確定利用CE-QUAL-W2建立神農(nóng)溪庫灣水流水溫模型所需的邊界條件主要包括上下游的水流和水溫邊界條件、水體表面邊界以及河床底部邊界。

上游水流邊界取入流流量邊界，流量數(shù)據(jù)來源于神農(nóng)溪上游沿渡河報汛流量統(tǒng)計,如圖3(a)；上游水溫邊界取自神農(nóng)溪源頭石板坪水文站實測數(shù)據(jù),如圖3(b)；下游水流邊界取其水位邊界，水位數(shù)據(jù)來源于CJBD監(jiān)測點處水位統(tǒng)計值,如圖3(c)，水溫邊界為CJBD監(jiān)測斷面沿深度方向的實測水溫。

圖3　2013年神農(nóng)溪上游來流量、水溫及下游水位變化曲線Fig.3　Variations of upstream incoming flow,watertemperature and downstream water level inShennong Bay, 2013

水流表面邊界所需緯度、氣溫、風速和風向為實測數(shù)據(jù)，露點溫度通過實測氣溫和濕度折算而來，云量則由實際記錄的晴朗程度來計算。河床底部邊界取為法向流速為0、絕熱的邊界。所有邊界條件輸入的時間間隔為1 d。

2.4參數(shù)敏感性分析

本文主要分析了水溫和流速對風遮蔽系數(shù)(WSC)的敏感性，風遮蔽系數(shù)WSC反映氣象站風速與計算區(qū)域?qū)嶋H風速的差異。進行敏感性分析時，模型其余參數(shù)采用推薦值，比較河口斷面在WSC取不同值時的水溫和流速分布。圖4繪出了風速為2 m/s時取風遮蔽系數(shù)分別為0.1，0.5，0.9，1.5對應的河口附近斷面水溫、流速的垂向分布。

圖4　不同WSC下河口水溫、流速垂向分布Fig.4　Vertical distribution of water temperature andflow velocity in the presence of different WSCs

由圖4可見，不同風遮蔽系數(shù)對應的水溫、流速垂向分布趨勢差異較大，說明WSC對水溫和流速的垂向分布影響顯著，敏感性較高，在模型計算前需要進行率定。

2.5模型率定

模型參數(shù)率定是一個反復調(diào)試的過程，需要根據(jù)實測值和模型模擬值的誤差不斷調(diào)整參數(shù)大小，直到模擬誤差能夠滿足預測精度要求為止。本模型要求對風遮蔽系數(shù)進行率定，同時以2013年1月、4月、7月、10月現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，并參考相關(guān)文獻資料，主要關(guān)注模型對流速、水溫的模擬效果。流速的驗證主要側(cè)重于流場的分層異向流動特征，水溫的驗證主要側(cè)重于水溫的分層結(jié)構(gòu)特征和庫灣監(jiān)測點的垂向水溫分布。經(jīng)過反復調(diào)試，模型最后采用的各個參數(shù)如表1所示。

表1　模型主要參數(shù)

3神農(nóng)溪庫灣流速特征分析

神農(nóng)溪從北向南流入長江干流，水流方向與庫灣支流深泓線方向一致，庫灣水體整體流速較小，平均流速只有cm級。三峽水庫屬多年調(diào)節(jié)性水庫，根據(jù)三峽水庫調(diào)蓄規(guī)則，可將三峽水庫年度分4個運行期[24]，分別從汛前消落期、汛期、汛末蓄水期、枯水運用期來分析庫灣流速特征。流速空間分布圖5和圖6中紅色表示流速為正，水流由干流倒灌進入庫灣；藍色表示流速為負，水流由庫灣流入干流。

圖5　不同運行期實測流速空間分布特征Fig.5　Spatial distribution characteristics of measuredflow velocity in different running periods

圖6　不同運行期模擬流速空間分布特征Fig.6　Spatial distribution characteristics of simulatedflow velocity in different running periods

3.1實測流速特征

2013年1月28日庫灣水體流速較小，流動方向基本一致，僅有局部區(qū)域表層水體向庫灣上游流動且倒灌強度較弱。4月14日在河口水深4～20 m處水流流速為正的楔形區(qū)域代表干流水體倒灌潛入庫灣，潛入距離大約距河口10 km處，倒灌水體最大流速發(fā)生在SN01(水深7 m處)，其值為0.250 m/s；上游來水由庫灣底部流向河口，最大流速發(fā)生在SN01(水深36 m處)，其值為0.140 m/s。7月20日干流水體從河口由中層水體倒灌入神農(nóng)溪庫灣，潛入距離為20 km左右，影響范圍為整個庫灣。河口附近水深27 m左右達到最大倒灌流速0.283 m/s，潛入水體逐漸向表層延伸，流速逐漸降低。上游水體分別從表層、底層流向河口，最大流速發(fā)生在河口附近表層2 m處，流速達到0.242 m/s，倒灌異重流現(xiàn)象明顯。10月20日倒灌水體在河口水深為30～70 m處形成楔形區(qū)域向庫灣延伸，影響范圍為整個庫灣，在SN04表層附近達到最大流速0.128 m/s。上游水體從庫灣底部流向河口，最大流速發(fā)生在SN04底部，其值為0.122 m/s，倒灌強度較大。監(jiān)測表明神農(nóng)溪庫灣在三峽水庫不同運行期均存在一定的分層異向流?？菟\用期干流水體倒灌潛入庫灣較弱，汛前消落期、汛期、枯水運用期水體倒灌現(xiàn)象逐漸加強。

3.2模型流速驗證

采用率定好的模型對三峽水庫不同水位運行期下神農(nóng)溪水流水溫進行模擬，模擬結(jié)果如圖6所示。

由圖6可以看出， 2013年1月28日模型計算結(jié)果表現(xiàn)出表層倒灌異重流，庫灣表層水體倒灌潛入庫灣，但強度較低，與實測枯水運用期水流特征基本吻合。4月14日計算結(jié)果和實測結(jié)果都顯示干流水體由表層倒灌進入庫灣，庫灣水體由中、底層流出，干流潛入深度為表層至20 m水深處，潛入距離約為河口以上20 km處，與實測結(jié)果基本一致。7月20日計算結(jié)果顯示：干流水體以中層倒灌形式進入庫灣，與實測結(jié)果吻合，計算潛入深度介于10～40 m，而實測為10～50 m之間，潛入距離計算值為19 km，與實測值幾乎吻合。10月20日的流速模擬結(jié)果表明：庫灣水體從中層水深30～60 m成楔形潛入庫灣，影響整個庫灣水體。上游來流分別從表層、底層注入長江干流，模擬流場與實測流場的分層異重流特征一致?？梢娨呀ǖ纳褶r(nóng)溪CE-QUAL-W2模型能夠準確地模擬出神農(nóng)溪庫灣普遍存在的倒灌異重流現(xiàn)象，對2013年異重流潛入形式模擬準確。

圖7　不同運行期神農(nóng)溪庫灣水溫縱向變化Fig.7　Longitudinal changes of water temperature inShennong Bay in different running periods

4神農(nóng)溪水溫特征分析

4.1實測水溫特征

水溫的空間分布分4個時期分析，如圖7所示。

枯水運用期1月28日神農(nóng)溪庫灣最低水溫為12.6 ℃，最高水溫也僅有13.7 ℃，最大溫差只有1.1 ℃，整個庫灣水體處于近似等溫狀態(tài)；上游底部局部地方受上游低溫入流水體影響，水溫略低，入河口受長江干流回水影響水溫略低，但整體水溫分布相對均勻，變化幅度較低。

汛前消落期4月14日神農(nóng)溪庫灣最高水溫為SN05表層20.5 ℃，最低水溫為SN01底層13.5 ℃，最大水溫溫差7.0 ℃。變溫區(qū)主要集中在近表層水體，表層10 m內(nèi)水溫差達到5 ℃。庫灣中、底層水溫垂向差異不明顯。汛期7月20日神農(nóng)溪表層水溫高于中層及底層，在SN04表層達到最高水溫29.5 ℃，SN05底層5 m處水溫最低19.5 ℃，整個庫灣最大水溫差達9.9 ℃。中層水體等溫線稀疏，表明中層水溫變化不明顯；庫灣上游有低溫水體從底部潛入庫灣，潛入庫灣時水溫僅19.6 ℃，隨著潛入距離的增加，水溫略有升高，在入河口底部達到24.6 ℃。汛末蓄水期10月20日神農(nóng)溪庫灣在SN05達到最高水溫23.6 ℃，在SN02底層達到最低水溫22.0 ℃，庫灣最大水溫溫差僅1.6 ℃。表層水體水溫恒定且沿縱向分布變化較小，水深40 m以內(nèi)幾乎處于等溫狀態(tài)，水溫略高于底層；有明顯的上游低溫水體從底層潛入庫灣、干流水體從中上層倒灌入庫灣的現(xiàn)象。神農(nóng)溪庫灣2013年全年監(jiān)測結(jié)果表明一年四季均存在水溫分層現(xiàn)象，但在枯水運用期和汛末蓄水期水溫分層較弱；在汛前消落期和汛期由于氣溫升溫快、表層水溫高，加上上游入流水溫較低，庫灣水溫分層明顯，存在明顯的溫躍層，最大溫差達10 ℃左右。同時分析表明，庫灣水溫分層模式不同于一般水庫水溫分層，如汛末蓄水期變溫層主要集中在底部等。

4.2模型水溫驗證

對水溫的模擬結(jié)果分別從水溫分層特性和監(jiān)測點垂向水溫分布特征來驗證。由圖8可以看出，2013年10月20日模擬結(jié)果和實測結(jié)果都顯示出神農(nóng)溪庫灣普遍存在的水溫分層現(xiàn)象。模擬結(jié)果顯示庫灣水溫在22.0～23.5 ℃之間，與實測值22.3～23.5 ℃基本一致，各等溫層與實測結(jié)果大致相同。入流低溫水體從底層進入庫灣流向干流，表層水體水溫基本一致，主要受干流倒灌水體的影響。模擬水溫在底層比實測值略高，邊界水溫的模擬誤差相對較大，主要原因可能在于模型邊界CJBD的水溫邊界數(shù)據(jù)實際監(jiān)測時間步長偏大、中間靠插值造成，也可能是底部水溫邊界條件與實際有偏差所致。如何選取底部水溫邊界或底部邊界條件如何獲得值得進一步研究。

圖8　模擬水溫與實測水溫分層對照Fig.8　Comparison between simulated andmeasured water temperature stratification

圖9　水溫垂向分布驗證Fig.9　Verification of vertical distribution ofwater temperature

圖9為7月20日模型下游邊界附近斷面(SN01)和上游邊界附近斷面(SN06)水溫垂向分布驗證圖，可見，模型模擬值與實測值基本吻合，水溫沿垂向的變化趨勢基本一致，SN01的模擬值更符合實際值，絕對誤差在0.5 ℃以內(nèi)，而SN06由于水深較淺，水溫變幅較大，模型的模擬值基本偏低，絕對誤差達到2 ℃，但水溫的變化趨勢基本一致。整體而言，模型能夠較好的反映神農(nóng)溪水溫的分層特性和垂向的變化趨勢，模擬精度能夠達到預期要求。

5討論

神農(nóng)溪庫灣水流水溫特性與庫灣分層異向流的特性密切相關(guān)，而分層異向流現(xiàn)象很難由簡單的重力作用下的水體流動現(xiàn)象來解釋。異重流特性與水體密度緊密相連，水體密度由水溫對應水體密度加上水體中的含沙量而得。由于實測三峽水庫水體含沙量較小，故本文只考慮了水溫對水體密度的影響。水溫對應的水體密度依據(jù)《1990年國際溫標純水密度表》提供的數(shù)據(jù)，擬合出計算公式為

(1)

表2為長江干流和神農(nóng)溪河口SN01處的水溫指標。

表2　長江干流和神農(nóng)溪河口處表、底層水溫

由表2可見干流表層、底層水溫變化梯度較小、垂向水溫基本一致；而SN01處表層水溫略高于底部。干支流水溫比較，SN01處表層水溫略高于干流表層水溫，底部水溫略低于干流底部。

圖10為2013年干流與神農(nóng)溪河口附近SN01斷面表層水溫密度差及干流水體最大密度與神農(nóng)溪河口SN01底層水體密度差的年度變化過程。

圖10　長江干流與神農(nóng)溪河口附近(SN01)斷面表層、底層水體密度差Fig.10　Surface and bottom water density differencein mainstream Yangtze River and Shennong riverestuary (section SN01)

由圖10可見，由于監(jiān)測點位距離較近，整體而言密度差異較小，但仍明顯的表現(xiàn)出：干流表層水體密度略大于庫灣SN01表層水體密度，在汛期尤為顯著；干流最大水體密度均略低于庫灣SN01底層水體密度。從密度差曲線的走勢來看，1—2月密度差異較小，水體倒灌特征不明顯；3—6月及10—12月密度差異逐漸增大，干流水體密度大于庫灣SN01表層水體密度并小于底層水體密度，干流水體表現(xiàn)出以中層倒灌異重流形式進入庫灣；汛期6—8月表層密度差異增大，干流水體密度與SN01底層水體密度相近，加上汛期干流水體含沙量較大，進一步增大干流水體的密度，因此汛期干流水體應以底部倒灌異重流的形式倒灌潛入庫灣，潛入深度與實測結(jié)果略有偏差。從水體密度的角度分析，在三峽水庫的不同運行期，神農(nóng)溪確實存在不同強度、不同形式的倒灌異重流現(xiàn)象。正因為異重流的存在，使其庫灣的水流、水溫特性明顯區(qū)別于一般水庫，有其特殊的時空分布規(guī)律。

6結(jié)語

本文以神農(nóng)溪野外2013年長期監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，著重分析了神農(nóng)溪庫灣水流水溫在時間、空間上的分布規(guī)律，總結(jié)出在三峽水庫蓄水后神農(nóng)溪表現(xiàn)出的水流水溫特性，得出以下結(jié)論：

(1) 庫灣水體整體呈分層異重流形態(tài)，流速較小，平均流速只有cm級。流速的垂向分布趨勢和流速大小在不同季節(jié)時段存在差異。枯水運用期倒灌異重流較弱，汛前消落期、汛期、汛末蓄水期倒灌異重流強度逐漸加大，影響范圍逐漸擴大。同時由于上游來流水溫較低，存在上游入流順坡底部異重流現(xiàn)象。

(2) 庫灣表層、底層水溫都呈現(xiàn)春夏升溫、秋冬降溫的趨勢，表層水溫年內(nèi)變幅20.5 ℃，底層水溫年內(nèi)變幅12.1 ℃。庫灣一年四季均表現(xiàn)出水溫分層現(xiàn)象，枯水運用期整個庫灣水溫變幅相對較小，水溫整體分布相對均勻，水溫分層較弱；其它季節(jié)均存在明顯的水溫分層，其中汛期最大表層、底層水溫差達到9.9 ℃。由于上游低溫來流順坡底部異重流及不同形態(tài)干流倒灌異重流的存在，庫灣水溫分層模式明顯不同于一般的水庫水溫分層模式。

(3) 對比分析表明，本文所建立的CE-QUAL-W2模型具有一定的適用性，能夠用于模擬神農(nóng)溪水流、水溫特殊特性，對于神農(nóng)溪后續(xù)水動力特性的細化研究具有重要的意義。

參考文獻：

[1]董哲仁,孫東亞.生態(tài)水利工程原理與技術(shù)[M]. 北京：中國水利水電出版社, 2007:63-66.

[2]黃真理.三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測和保護[J].科技導報,2005,12(12):26-30.

[3]方子云.長江流域水環(huán)境的主要問題、原因及對策探討[J].長江流域資源與環(huán)境,1997,6(4):346-349.

[4]鐘成華.三峽庫區(qū)水體富營養(yǎng)化研究[D].成都: 四川大學,2004.

[5]李崇明,黃真理,張晟,等.三峽水庫藻類“水華”預測[J].長江流域資源與環(huán)境,2007,16(1):1-6.

[6]馬蕊,林英,牛翠娟.淡水水域富營養(yǎng)化及其治理[J]. 生物學通報, 2004, 38(11): 5-9.

[7]張智, 林艷, 梁健. 水體富營養(yǎng)化及其治理措施[J]. 重慶環(huán)境科學, 2002, 24(3): 52-54.

[8]秦伯強. 我國湖泊富營養(yǎng)化及其水環(huán)境安全[J]. 科學對社會的影響, 2007, 4(3): 17-23.

[9]孔繁翔, 高光. 大型淺水富營養(yǎng)化湖泊中藍藻水華形成機理的思考[J]. 生態(tài)學報, 2005, 25(3): 589-595.

[10]王海云, 程勝高, 黃磊. 三峽水庫“藻類水華”成因條件研究[J]. 人民長江, 2007, 38(2): 16-18.

[11]SIN Y, WETZEL R L, ANDERSON I C. Spatial and Temporal Characteristics of Nutrient and Phytoplankton Dynamics in the York River Estuary, Virginia: Analyses of Long-term Data[J]. Estuaries, 1999, 22(2): 260-275.

[12]紀道斌, 劉德富, 楊正健, 等. 汛末蓄水期香溪河庫灣倒灌異重流現(xiàn)象及其對水華的影響[J]. 水利學報, 2010, 41(6): 691-702.

[13]曾輝, 宋立榮, 于志剛, 等. 三峽水庫“水華”成因初探[J]. 長江流域資源與環(huán)境, 2007, 16(3): 336-339.

[14]謝濤, 紀道斌, 尹衛(wèi)平, 等. 三峽水庫不同下泄流量香溪河水動力特性與水華的響應[J]. 中國農(nóng)村水利水電, 2013, 12(11): 1-10.

[15]王麗平, 鄭丙輝, 張佳磊, 等. 三峽水庫蓄水后對支流大寧河富營養(yǎng)化特征及水動力的影響[J]. 湖泊科學, 2012, 24(2): 232-237.

[16]紀道斌, 劉德富, 楊正健, 等. 三峽水庫香溪河庫灣水動力特性分析[J]. 中國科學: 物理學力學天文學, 2010, 40(1): 101-112.

[17]梁培瑜, 王烜, 馬芳冰. 水動力條件對水體富營養(yǎng)化的影響[J]. 湖泊科學, 2013, 25(4): 455-462.

[18]劉流, 劉德富, 肖尚斌, 等. 水溫分層對三峽水庫香溪河庫灣春季水華的影響[J]. 環(huán)境科學, 2012, 33(9): 3046-3050.

[19]三峽水庫水華應急監(jiān)測信息快報[N]. 三峽水庫水華應急監(jiān)測信息快報,2013-7-5(31).

[20]巴旅. 美麗的神農(nóng)溪[J]. 旅游, 2013 (6): 90-91.

[21]劉瓊. 民族文化與縣域旅游經(jīng)濟發(fā)展——巴東神農(nóng)溪漂流的調(diào)查與思考[J]. 湖北民族學院學報: 哲學社會科學版, 2009, 27(5): 31-35.

[22]卜英. 不同調(diào)度方案下三峽庫區(qū)垂向二維水動力模型研究[D]. 天津: 天津大學, 2010.

[23]朱孔賢, 畢永紅, 胡建林. 三峽水庫神農(nóng)2008年夏季銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)水華暴發(fā)特性[J]. 湖泊科學, 2012, 24(2): 220-226.

[24]謝濤, 紀道斌, 劉德富. 三峽水庫庫首水溫監(jiān)測及初步分析[J]. 長江流域資源與環(huán)境, 2013, 22(9): 1201-1206.

(編輯：王慰)

Characteristics of Flow Velocity and Water Temperature inShennong Bay Using CE-QUAL-W2 Model

LONG Liang-hong1, JI Dao-bin1, LIU De-fu1,2, YAN Meng1, CUI Yu-jie3, SONG Lin-xu1

(1.College of Hydraulic & Environmental Engineering,China Three Gorges University,Yichang443002, China; 2.School of Resources and Environmental Engineering,Hubei University of Technology,Wuhan430068, China; 3.School of Water Resources and Hydropower Engineering, Wuhan University, Wuhan430072, China)

Abstract:The hydrodynamic characteristics have changed greatly in the mainstream and its tributaries since the impoundment of Three Gorges Reservoir (TGR).Through field observation and a two-dimensional, laterally averaged, hydrodynamic model simulation by CE-QUAL-W2, we compared and analyzed the spatial and temporal distributions of the water temperature and the hydrodynamics of Shennong River bay in the TGR in different running periods. The comparative analysis results reveal that water flow has become quite slow in Shennong Bay, and density currents of different strengths exist in different running periods, including reverse density currents from mainstream to bay and the accordant bottom density current from the Shennong River to bay. In dry season and the drawdown period before flood season, the water of the mainstream of TGR flows into the Shennong Bay in surface density current with low strength; while in wet season and impoundment period in the end of flood season, mid-layer density current of high strength affects the whole bay. Downward bottom density current exists at the upstream inflow because the temperature of incoming flow is usually lower than that in the bay. Furthermore, the water temperature in the bay increases in spring and summer and decreases in autumn and winter. The stratification of water temperature is obvious in the bay in all seasons, but was weak in winter and strong in other seasons. The model of stratification is quite different from that of general reservoirs due to density currents. The simulation results indicate that CE-QUAL-W2 model performs well in simulating the density current and water temperature stratification characteristics. This research offers technical support for detailed analysis on the hydrodynamics in Shennong River of TGR.

Key words:Three Gorges Reservoir; Shennong Bay; Spatio-temporal distribution of flow and water temperature; density current; CE-QUAL-W2 model

中圖分類號：X832

文獻標志碼：A

文章編號：1001-5485(2016)05-0028-08

doi:10.11988/ckyyb.201409272016,33(05):28-35

作者簡介：龍良紅(1991-)，男，湖北宜昌人，碩士研究生，主要從事生態(tài)水利學研究，(電話)15872577710(電子信箱)longlianghong1@163.com。通訊作者：宋林旭(1980-)，女，湖北咸寧人，講師，主要從事生態(tài)水利、環(huán)境工程研究工作，(電話)13972607937(電子信箱)lxsong1980@163.com。

基金項目：國家自然科學基金青年基金項目(51209123，51209190)；國家科技合作與交流專項(2014DFE70070)

收稿日期：2014-11-03；修回日期：2014-12-29