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及其与环境因子的关系，刘畅等 ［20］ 研究了热分层状况、藻类生物量、水动力学等多种因素对库区水
体缺氧区形成的驱动作用。
当大中型水库库区底部存在污染型沉积物时，即使水库外源污染得到有效控制，在热分层期间
滞温层水体也会在沉积物耗氧作用的影响下出现缺氧问题 ［21］ ，我国水库多具有供水功能，取水口一
般均处在缺氧区极易出现的区域，缺氧问题将对水库供水安全造成严重影响 ［22］ 。为解决上述问题，
部分学者探讨了抑制水体热分层和缺氧问题并改善水质的多种方法和手段 ［23-26］ 。水库作为一种受人为
调控影响较强的水体类型，其受人为运行调度过程的影响较大，大流量调度过程引起的库区强对流
条件可以严重削弱甚至完全消除水体内的缺氧现象 ［20］ 。因此，对缺氧问题严重的水库，采用适当的
运行调度手段，可有效抑制其缺氧区的影响范围及程度。
本文以引滦入津工程源头水库——大黑汀水库为例，在库区水温及溶解氧系统监测基础上，构
建全库区三维水动力学水质数学模型，模拟分析水库在热分层期间缺氧区的形成、发展、演化、消
亡全过程，定量化评价了水库调度过程对缺氧区分布范围的影响，着重分析采用高于正常调度水平
的“大流量”调度对缺氧区的抑制效果，由此提出了遏制大黑汀水库缺氧现象的分级调度原则及阈值
条件。

2 研究区概况及研究方法

2.1 研究区概况 大黑汀水库位于唐山市迁西县滦河干流上，是引滦枢纽工程体系中的骨干水库工
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程之一。水库总库容 3.37 亿 m ，为大Ⅱ型水利工程。该水库主要为唐山市、天津市及滦河下游工农
业及城市用水提供水源。1980 年代至 1990 年代末，大黑汀库区水质良好，总体能够达到Ⅲ类水质标
准要求 ［27］ 。2000 年后随着社会经济的发展，水库水质浓度呈现出明显增加趋势，加之库区存在的大
规模网箱养殖，导致了库区水体及底质的严重污染 ［28］ 。2016 年大黑汀水库的网箱养殖取缔后，水库
水质出现了较明显的好转 ［21］ ，但库区水体在污染型沉积物的影响下，依然会在每年热分层期间出现
严重的缺氧问题 ［20］ ，从而引起水库沉积物中污染物的明显释放，影响工程供水功能的发挥。大黑汀
水库上游为引滦枢纽工程体系中的另一个重要水库工程——潘家口水库，该水库总库容 29.3亿 m ，为大
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黑汀水库的约 8.7 倍，其泄水水量是大黑汀水库的主要入库流量来源，决定了大黑汀水库的年内调度
过程。因此，大黑汀水库具备利用上游大库泄水量改善库区水体溶解氧状况的基本条件，同时大黑
汀水库又是引滦枢纽工程供水的总出口，库区水质状况的改善对于引滦入津工程供水水质提升具有
十分重要的意义。
大黑汀水库承担着防洪、供水、发电等多重任务，受工程来水条件、调度运行规则、供水功能
要求等诸多条件限制，并不能完全以遏制缺氧区为单一目的进行随意调度。因此本文采用数学模型
手段，利用设定的多种工况条件，对水库利用汛期大流量泄水过程抑制库区缺氧区的流量阈值进行
理论探讨，以期为下一步两库联合调度解决工程供水水质问题提供依据和参考。
2.2 研究方法

2.2.1 数学模型构建 本文应用由丹麦水利研究所（DHI）研发的 MIKE 系列软件开展相关研究工作，
由于大黑汀水库缺氧区问题是涉及到水动力学、水温、水质的综合性三维问题，因此本文将使用
MIKE 系列软件中的 MIKE3 模块（三维水动力学、水温模拟）及 ECO Lab 模块（水体复杂溶解氧消耗过
程模拟）进行模拟分析。
本文采用结构网格构建水库三维水下地形，模拟的计算区域范围东西向（大坝轴线方向）长度约 5.4 km，
南北向（水库回水方向）约 15.0 km。在网格划分方面，网格大小为 108 m（横向）×135 m（纵向）。在垂
向方向上，设定垂向网格高度为 2 m。模拟范围内参与计算的网格数量为 5530 个。构建完成的库区
模型地形文件见图 1。
为模拟大黑汀水库在水温及水质综合作用下形成的库区溶解氧变化及缺氧区演化特征，本文选
取 Eco Lab 模块中的 WQ with nutrients and chlorophyll-a 模板进行水库的缺氧区模拟计算。本模板包含

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