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水 利 学 报

2021 年 10 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 10 期

文章编号：0559-9350（2021）10-1217-12

大流量调度过程对水库缺氧区抑制阈值条件研究

刘 畅，刘晓波，周怀东，李步东，王世岩，王 亮
（中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038）

摘要：大型水库在热分层期间出现的底部缺氧问题将严重影响湖库底层水体水质，威胁水库供水安全。水库大流
量调度引起的强水动力条件可有效削弱甚至完全消除库区缺氧现象。本文以引滦入津源头工程——大黑汀水库为
例，采用三维水动力-水质模型复演了水库缺氧区的演化过程，发现大黑汀全库在缺氧区稳定发展时段的 8 月份
有 2/3 区域出现缺氧现象。为应对缺氧引起的供水安全风险，本文基于多情景分析方法给出了大流量调度过程抑
制大黑汀水库缺氧现象的分级调度阈值条件。当大流量调度过程日均流量达到 96.5 m /s 且持续时长 15～30 d 时，
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大黑汀水库约 70%～90%的缺氧区可得到抑制；当流量达到 115.7 m /s 且持续时长 15 ~ 30 d 时，90% ~ 100%的缺
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氧区可得到抑制，库区缺氧现象将基本消除。
关键词：热分层；缺氧区；大流量调度；阈值条件

中图分类号：X524，TV697 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20210110

1 研究背景

目前在全世界范围内，水体缺氧现象发展迅速且日趋严重，已经开始对水体内部水质环境、生
物环境等造成明显不利影响。自从 20 世纪中叶以来，公海中的缺氧区域已扩大了数百万平方公里。
［1］
全球海洋大多数区域每 10 年损失的水体溶解氧总量达到了约（550±130）×10 mol 。全球范围内溶解
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［2］
氧浓度的下降，将导致水体内水生生物生产力、生物多样性和生物地球化学循环发生重大变化 。
在内陆淡水水域，深水湖库在热分层期间滞温层（Hypolimnion）内也普遍出现了缺氧现象 ［3-4］ ，这
［5］
一现象已成为湖泊学家研究的重要湖库水环境特征之一 。热分层时期湖库水体滞温层在有机物分解
及底质耗氧的影响下，会消耗大量的氧气，导致湖库底部缺氧 ［6-7］ 。湖库底层沉积物中的氮、磷、铁
和锰等元素在厌氧条件下将加速释放，严重影响湖库底层水体水质，破坏底层水体生物栖息环境，
［8］ ［9］ ［10］
从而改变关键的生物地球化学循环 ，最终将造成湖库水体水质恶化和富营养化 。Elçi 认为水库
热分层导致了滞温层溶解氧含量大幅度下降，从而引起库区水质恶化。Kraemer 等 ［11］ 认为湖库水体热
分层会加剧水体缺氧，并导致水体内部营养负荷发生显著变化，从而影响水体生产力。Lee 等 ［12］ 研究
了影响水库热分层及化学分层的主要环境因子及水库分层水质的季节性变化规律。贺冉冉等 ［13］ 认为
夏季底层水体缺氧，导致了沉积物中氨氮向水体的释放。杨艳等 ［14］ 的研究结果表明水体内溶解氧浓
度梯度是沉积物释放氨氮与磷酸盐的主要动力之一。胡鹏等 ［15］ 研究了水体中溶解氧含量与其物理影
［16］
响因素的关系。为研究湖库水体缺氧区的形成演化机理，国内外学者开展了多方面的研究。Brezonik
考虑了异地有机物输入对水体耗氧过程的贡献；Cornett 等 ［17］ 考虑了水体溶解氧耗氧过程与磷含量的
［18］ ［19］
关系；Charlton 考虑了滞温层厚度对滞温层溶解氧补充的影响；赵海超等 分析了洱海水体溶解氧

收稿日期：2021-01-25；网络首发时间：2021-08-24
网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20210823.1407.002.html
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基金项目：国家重点研发计划项目（2016YFC0401701）；国家自然科学基金项目（51679256）；重大水利工程水生态安全保障及调控
技术研究创新团队项目（WE0145B592017）；中国水利水电科学研究院科技项目（WE0163A052018，WE0163A042018，
WE0145B422019，HTWE0202A242016）
作者简介：刘畅（1977-），高级工程师，主要从事水利水电工程环境影响研究。E-mail：liuch@iwhr.com
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