文獻(xiàn)綜述報(bào)告(DOC)

1、地球科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生學(xué)術(shù)文獻(xiàn)綜述報(bào)告1研究背景及意義水庫(kù)是一項(xiàng)重大的水利樞紐工程，自古至今，他承載著防洪發(fā)電，灌溉養(yǎng)殖，蓄水航運(yùn)，供工農(nóng)業(yè)用水、生活用水，觀光游覽，調(diào)節(jié)生態(tài)平衡等多個(gè)任務(wù)，在國(guó)家的江河綜合治理和水資源合理開(kāi)發(fā)利用以及可持續(xù)發(fā)展方面有著十分重要的地位。一些水庫(kù)是天然湖泊，一些水庫(kù)是在山溝或河流的狹口處建造攔河壩形成的人工湖泊，尤其在水系發(fā)達(dá)的南方地區(qū)，許多水庫(kù)是攔河建壩發(fā)電的杰作，舉世聞名的三峽工程是有力的代表。水壩攔截河流使得原先自然河流流域的水環(huán)境發(fā)生改變，建庫(kù)前河水的水質(zhì)和建庫(kù)后的水質(zhì)以及水庫(kù)蓄水初期與正常運(yùn)行時(shí)期的水質(zhì)都會(huì)有一些差異，這些變化規(guī)律是水庫(kù)環(huán)境評(píng)價(jià)、規(guī)

2、劃、治理和管理的基礎(chǔ)，是保證水庫(kù)合理開(kāi)發(fā)建設(shè)的重要依據(jù)，所以對(duì)水庫(kù)水質(zhì)進(jìn)行研究分析是水利工程的一項(xiàng)重要任務(wù)。由于水壩的攔截作用，水流速度變的緩慢，水面變得廣闊，水體的沉淀作用加強(qiáng)、交換速度變緩，稀釋、溫和能力較差，同時(shí)受風(fēng)浪、地理?xiàng)l件和蓄水更新期等其他因素的影響，使得水庫(kù)地表水基于河水在水庫(kù)內(nèi)長(zhǎng)期滯留的結(jié)果而出現(xiàn)一系列水質(zhì)現(xiàn)象，一些水質(zhì)問(wèn)題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：土壤鹽堿化和沼澤化水庫(kù)蓄水后，庫(kù)區(qū)地下水水位上升，把深層土壤內(nèi)的鹽分帶到地表，再加上灌溉水中的鹽分和化學(xué)殘留物，導(dǎo)致土壤鹽堿化。當(dāng)?shù)叵滤簧仙礁鲗訒r(shí)，造成了土壤濕度過(guò)量，以至大多數(shù)包氣帶破壞，結(jié)果大片土地沼澤化。水體污染及富營(yíng)養(yǎng)

3、化水庫(kù)蓄水后，鹽堿化使土壤中的鹽分及化學(xué)殘留物增加，使地下水受到污染，下游河水的含鹽量增大。水面增大，蒸發(fā)加快，水體流速減慢，懸浮物沉降，渾濁度降低，透明度提高，加之氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)入水體使水生植物及藻類(lèi)過(guò)度生長(zhǎng)，造成水體溶氧量下降，發(fā)生水生物死亡、水質(zhì)惡化的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題。水庫(kù)泥沙淤積嚴(yán)重，庫(kù)區(qū)面積有不斷減少的趨勢(shì)攔河筑壩后抬高了水位，形成了在建筑物前近似水平、而在上游末端與天然河流原水面線相切的水面曲線。水流進(jìn)入庫(kù)區(qū)后，由于水深沿流程增加，水面坡度和流速沿流程減小，因而水流挾沙能力沿流程降低，出現(xiàn)泥沙在水庫(kù)回水末端至攔河建筑物之間的庫(kù)區(qū)堆積，使水庫(kù)的有效庫(kù)容減少。庫(kù)水水溫分層水庫(kù)內(nèi)水流

4、遲緩，庫(kù)水更新期較長(zhǎng)，水體受太陽(yáng)輻射和對(duì)流混合以及熱量傳輸作用，使水庫(kù)具有特殊水溫結(jié)構(gòu)。這個(gè)水溫結(jié)構(gòu)也作為密度結(jié)構(gòu)，使水庫(kù)的入流、出流產(chǎn)生異重流現(xiàn)象，支配河水在水庫(kù)內(nèi)的滯留狀況。由于河水本身的水質(zhì)與滯留狀況的關(guān)系，會(huì)產(chǎn)生各種各樣的水質(zhì)現(xiàn)象。水生生態(tài)環(huán)境遭到破壞水庫(kù)蓄水后，由于水域面積擴(kuò)大，水的蒸發(fā)量上升，會(huì)改變庫(kù)區(qū)的氣候環(huán)境，河流原有生態(tài)平衡會(huì)遭到破壞。對(duì)于水生物會(huì)改變其生長(zhǎng)環(huán)境，有時(shí)嚴(yán)重會(huì)使其消失滅亡，庫(kù)區(qū)淹沒(méi)的自然土壤、植被、水域、礦藏等組成的自然生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的協(xié)調(diào)程度和穩(wěn)定性遭到破壞。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1水化學(xué)相關(guān)方面水質(zhì)標(biāo)志著水體的物理（如色度、濁度、臭味等）、化學(xué)（無(wú)機(jī)物和

5、有機(jī)物的含量）和生物（細(xì)菌、微生物、浮游生物、底棲生物）的特性及其組成的狀況，水體的這些性質(zhì)都是和水體中的成分分不開(kāi)的，都是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的演化發(fā)展而來(lái)的。在攔截河流的水庫(kù)興建中地面出現(xiàn)具有巨大水體的人工湖，它的水文水力學(xué)特征和河道徑流完全不同，在水庫(kù)周邊及庫(kù)盆下相當(dāng)大的范圍內(nèi)激發(fā)起強(qiáng)烈的水巖作用。攔截河流建造的水庫(kù)其地表水的水質(zhì)成分形成是河水在徑流過(guò)程、在蓄水過(guò)程中和蓄水之后對(duì)于水庫(kù)周邊淹沒(méi)區(qū)巖土的浸析作用、水庫(kù)淹沒(méi)地帶的植被腐蝕及與地下水的相互交換下共同作用完成的。因此，水化學(xué)成分記錄和反應(yīng)了水體的形成條件及成因，研究和分析水化學(xué)成分特征及相互關(guān)系，對(duì)分析研究水體形成和動(dòng)態(tài)，以及水環(huán)境特征具有

6、重要的意義。地表水水化學(xué)成分的相關(guān)分析，反映水的來(lái)源、運(yùn)移規(guī)律、補(bǔ)排關(guān)系及其與周?chē)h(huán)境的相互作用特征，是進(jìn)行區(qū)域水資源綜合開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)的前提和基礎(chǔ)。國(guó)外對(duì)此研究比較成熟，美國(guó)、日本、瑞典、英國(guó)等國(guó)學(xué)者對(duì)水化學(xué)特征的研究比較多。Stumm和Morgani等出版的水化學(xué):天然水體化學(xué)平衡導(dǎo)論，較系統(tǒng)的提供了定量處理天然水環(huán)境中各種化學(xué)過(guò)程的方法；Gibbs2對(duì)亞馬遜河的水化學(xué)進(jìn)行了研究分析，依托水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作成果；J.P.Carbonne3對(duì)湄公河水質(zhì)的變化及化學(xué)運(yùn)移進(jìn)行了研究;A.H.WebbH1對(duì)挪威南部的某河流進(jìn)行弱酸性研究；A.Mishra5對(duì)恒河水質(zhì)進(jìn)行了分析；JillWeintrau對(duì)

7、麋河地表水化學(xué)和地質(zhì)學(xué)之間的關(guān)系進(jìn)行了分析研究；Rothwell71對(duì)整個(gè)英格蘭西北部的河流水化學(xué)的空間和季節(jié)性進(jìn)行了評(píng)估；NeiK.Leite等對(duì)馬德拉河的水化學(xué)和泥沙量在年內(nèi)和年際的變化進(jìn)行研究；Chevychelov,A.P9對(duì)某河流及其支流的的地表水化學(xué)進(jìn)行研究分析。我國(guó)對(duì)于水化學(xué)的研究始于新中國(guó)成立以后，興于80年代后，朱顏明101等對(duì)長(zhǎng)白山天池的水化學(xué)特征及成因進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)天池湖水按化學(xué)成分屬低礦化度的重碳酸鈉型；張群英111等研究了中國(guó)東南沿海地區(qū)河流中的主要化學(xué)成分及其入海通量；喬光建121通過(guò)對(duì)朱莊水庫(kù)水體中氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮和高錳酸鹽指數(shù)變化規(guī)律分析，說(shuō)明影響水

8、庫(kù)水質(zhì)的主要因素及水質(zhì)變化特點(diǎn)，為水庫(kù)水質(zhì)站網(wǎng)規(guī)劃中監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)和水庫(kù)水質(zhì)的代表性問(wèn)題提供參考依據(jù)；張立成131等研究惡劣湘江水系河水的一些主要水化學(xué)指標(biāo)特征及其環(huán)境化學(xué)效應(yīng)，計(jì)算了河水的化學(xué)穩(wěn)定性指數(shù)和化學(xué)侵蝕速率；雷世兵141對(duì)某水電站壩址區(qū)環(huán)境水化學(xué)特征及對(duì)工程的影響進(jìn)行分析，判定地表水和地下水對(duì)混凝土（結(jié)構(gòu)）等具腐蝕性；李思悅151等對(duì)南水北調(diào)中線水源地丹江口水庫(kù)水化學(xué)特征研究分析，根據(jù)水化學(xué)特征的季節(jié)性及時(shí)間變化表明，主要離子的濃度在枯季比在雨季大；韓志偉161以夏季烏江渡水庫(kù)為例對(duì)大壩攔截對(duì)河流水溶解組分化學(xué)組成的影響分析；吳起鑫171以三峽水庫(kù)壩前水體為研究對(duì)象對(duì)其水化學(xué)及溶解無(wú)

9、機(jī)碳時(shí)空分布特征進(jìn)行探討；周凱慧181等以黃前水庫(kù)為對(duì)象，通過(guò)對(duì)庫(kù)區(qū)水質(zhì)項(xiàng)指標(biāo)的連續(xù)監(jiān)測(cè)，分析評(píng)價(jià)了水庫(kù)水質(zhì)時(shí)空變異規(guī)律，揭示了水庫(kù)主要污染物及其產(chǎn)生原因；郭德偉191等在對(duì)黃河萬(wàn)家寨水庫(kù)及其上游黃河干流重要站點(diǎn)19722005年實(shí)測(cè)水質(zhì)資料調(diào)查、分析基礎(chǔ)上，對(duì)萬(wàn)家寨水庫(kù)及其上游水質(zhì)歷史變化規(guī)律進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，并采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行了預(yù)測(cè)研究。1.2.2水質(zhì)多變量統(tǒng)計(jì)方面水環(huán)境系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，在水環(huán)境系統(tǒng)的分析過(guò)程中，需要對(duì)多個(gè)變量進(jìn)行分析，由于變量個(gè)數(shù)眾多又帶有動(dòng)態(tài)性，并且彼此之間存在著一定的相關(guān)性，使得對(duì)有用水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息的提取變得十分復(fù)雜。多元統(tǒng)計(jì)分析法的優(yōu)勢(shì)正是對(duì)多維復(fù)雜數(shù)據(jù)集

10、合進(jìn)行科學(xué)分析。通過(guò)多元統(tǒng)計(jì)法對(duì)水環(huán)境系統(tǒng)的分析，可以清楚的把握系統(tǒng)的本質(zhì)特征；對(duì)高維水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集合進(jìn)行最佳綜合，迅速將隱沒(méi)在其中的重要信息集中提取出來(lái)；同時(shí)可以充分發(fā)掘水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中的豐富內(nèi)涵，清晰地展示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)水環(huán)境系統(tǒng)中元素的內(nèi)在聯(lián)系，以及直觀地描繪水環(huán)境系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)歷程。對(duì)于分析方法國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行研究。在國(guó)外，1996年，M.M.JORDAM20等曾用聚類(lèi)分析方法對(duì)土壤中沉積元素的類(lèi)型的分類(lèi)進(jìn)行了研究，給出了分類(lèi)的處理結(jié)果。Dunnette2i曾用聚類(lèi)分析法對(duì)多個(gè)樣本水質(zhì)污染相似性進(jìn)行研究。1998年，J.W.Einax22等將地統(tǒng)計(jì)分析法與多元統(tǒng)計(jì)分析法相結(jié)合用于

11、土壤污染評(píng)價(jià)，并比較了兩種方法的優(yōu)劣。2000年,K.VoudourisW等將多元統(tǒng)計(jì)分析方法用于土壤含水層系統(tǒng)中水質(zhì)化學(xué)元素的研究。2001年，Irene.M.Farnham24運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)分析方法中的主成分分析法和聚類(lèi)分析法及微量化學(xué)元素分析法對(duì)地表水環(huán)境系統(tǒng)進(jìn)行研究，并結(jié)合地理信息系統(tǒng)技術(shù)對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行可視化。Sylvester運(yùn)用多元回歸法在水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)領(lǐng)域進(jìn)行研究。目前，國(guó)內(nèi)的專(zhuān)家學(xué)者已在水環(huán)境質(zhì)量分析研究領(lǐng)域方面作了大量的工作。1991年，黃國(guó)和26應(yīng)用多元統(tǒng)計(jì)分析法探索大氣污染、發(fā)展與環(huán)境中諸因子存在狀態(tài)的定量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)研究區(qū)域大氣污染狀況的定量化預(yù)測(cè)；許榕27借助多元統(tǒng)計(jì)

12、分析方法中的聚類(lèi)分析法，對(duì)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)優(yōu)化布點(diǎn)進(jìn)行了研究。改進(jìn)了當(dāng)時(shí)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)布點(diǎn)方法對(duì)單一污染物較合適，對(duì)于多元化污染物不夠科學(xué)的現(xiàn)狀，如實(shí)反映了研究區(qū)域的大氣污染狀況。1995年，應(yīng)竹青28應(yīng)用多元統(tǒng)計(jì)分析中的主成分分析對(duì)城市環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。楊永泰等29應(yīng)用因子分析對(duì)廣東省城市生態(tài)環(huán)境的區(qū)域差異和主要類(lèi)型進(jìn)行分析。在水環(huán)境質(zhì)量分析方面，胡香芳30應(yīng)用主成分分析法，通過(guò)三江交匯處的三個(gè)斷面從1984年到1998年的監(jiān)測(cè)資料對(duì)交匯處的水質(zhì)做了分析；孫國(guó)紅等31用系統(tǒng)聚類(lèi)分析將2000-2002年黃河6個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的90個(gè)水質(zhì)樣本進(jìn)行分析評(píng)價(jià)；袁健、樹(shù)錦32在傳統(tǒng)算法的基礎(chǔ)上用改進(jìn)多元回歸

13、法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)黃河干流龍門(mén)至潼關(guān)監(jiān)測(cè)斷面的水質(zhì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)；曾淦寧、吳國(guó)權(quán)、徐曉群33根據(jù)杭州灣調(diào)查資料，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SPSS，對(duì)浮游植物、浮游動(dòng)物以及水質(zhì)調(diào)查結(jié)果分別進(jìn)行聚類(lèi)分析；周豐、郭懷成厲提出了一種基于多元統(tǒng)計(jì)分析和RBFNNS的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，其可適用于大尺度、多斷面、長(zhǎng)時(shí)間的水質(zhì)評(píng)價(jià)工作，旨在補(bǔ)充以往相關(guān)研究工作。運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行系統(tǒng)分析方需要大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)支撐，對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)樣本容量較小情形不適用。隨著在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的普及，這一問(wèn)題能很好的得到解決，且正成為多元統(tǒng)計(jì)分析在水環(huán)境系統(tǒng)分析中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。多變量統(tǒng)計(jì)的內(nèi)容很多，但從實(shí)際應(yīng)用角度看，主要包括回歸分析、判別分析、因子分析

14、、主成分分析、聚類(lèi)分析、生存分析等六個(gè)大的分支。1.2.3水庫(kù)水質(zhì)演變預(yù)測(cè)模型方面河流、水庫(kù)水質(zhì)狀況的變化過(guò)程不但受降水、徑流、溫度等自然條件的影響，而且人類(lèi)活動(dòng)等諸多因素影響，因而水環(huán)境系統(tǒng)的演變過(guò)程是一個(gè)具有趨勢(shì)性、季節(jié)性、階段性甚至突變性等復(fù)雜非線性特征的動(dòng)態(tài)過(guò)程。水質(zhì)變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)是維護(hù)和管理當(dāng)前水質(zhì)狀況的重要依據(jù)，通過(guò)預(yù)測(cè)可以了解當(dāng)?shù)厮颦h(huán)境質(zhì)量演變趨勢(shì)，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)水質(zhì)惡化的原因并制定相應(yīng)的治理措施。水質(zhì)模型是研究水環(huán)境、水質(zhì)分析與預(yù)測(cè)的主要手段。各種水質(zhì)模型及其系統(tǒng)的建立，為水環(huán)境的定性與定量分析、預(yù)測(cè)及模擬提供了有力的工具。對(duì)于水質(zhì)預(yù)測(cè)模型的研究已經(jīng)有很多類(lèi)型。在國(guó)外，水質(zhì)數(shù)學(xué)模

15、型的研究和發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)階段。1925I960年為水質(zhì)模型發(fā)展的基礎(chǔ)階段。這一階段，Streeter和Phelps35共同研究提出了第一個(gè)一維水質(zhì)模型，僅考慮了生物化學(xué)需氧量COD和溶解氧DO含量的DO-BOD水質(zhì)模型。19601965年,在Streeter和Phelps模型的基礎(chǔ)上有了新的發(fā)展，引進(jìn)了空間變量，物理系數(shù)和動(dòng)力學(xué)系數(shù)等。溫度作為狀態(tài)變量也引入到一維水庫(kù)模型中36。水庫(kù)模型同時(shí)考慮了空氣和水表面的熱交換。水力學(xué)方程、平流擴(kuò)散方程作為水質(zhì)遷移過(guò)程的基本描述方程被用于水質(zhì)模型。19701975年，水質(zhì)數(shù)學(xué)模型已經(jīng)發(fā)展到相互作用的線性體系37。生態(tài)水質(zhì)模型的研究處于初級(jí)階段，有限元法、

16、有限差分法被應(yīng)用于水質(zhì)模型的計(jì)算。20世紀(jì)90年代以來(lái)，水庫(kù)、湖泊定量化的模型取得長(zhǎng)足發(fā)展，伴隨著對(duì)水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化形成機(jī)理認(rèn)識(shí)的加深，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得水庫(kù)、湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的研究向著模型化發(fā)展38。對(duì)于水體的水質(zhì)預(yù)測(cè)，我國(guó)的水環(huán)境水質(zhì)預(yù)測(cè)方法均屬于基于數(shù)學(xué)模型的預(yù)測(cè)方法，這些預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)誤差較大。影響水體水質(zhì)的因素有很多，現(xiàn)有的基于數(shù)學(xué)表達(dá)式的水質(zhì)預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型很難將所有因素都考慮進(jìn)去，同時(shí)，各影響因素以及水文條件都具有很大的隨機(jī)性與不確定性，導(dǎo)致傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型不能發(fā)揮自身的預(yù)測(cè)優(yōu)勢(shì)，使得輸出的預(yù)測(cè)結(jié)果可靠性以及精度差，不能為實(shí)際的工作應(yīng)用起到很好的指導(dǎo)作用。此外，現(xiàn)在水體中有很多因素的相

17、互作用機(jī)理還不十分清晰，導(dǎo)致反應(yīng)過(guò)程無(wú)法用數(shù)學(xué)公式表述，使得傳統(tǒng)的水質(zhì)數(shù)學(xué)模型具有很大的局限性。在我國(guó)，孫國(guó)紅等39采用基于Box-Jenkins方法的時(shí)間序列分析技術(shù)，對(duì)黃河上游甘肅蘭州段、中游吳堡和下游山東利津段的水質(zhì)進(jìn)行了趨勢(shì)分析和預(yù)測(cè)。他們借助Matlab和SAS統(tǒng)計(jì)軟件，建立了ARIMA模型和乘積季節(jié)時(shí)間序列模型，并分析了這兩個(gè)污染因子隨時(shí)間推移的變化規(guī)律；孟嘉偉40使用MATLAB作為工具載體，應(yīng)用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行水質(zhì)分析評(píng)價(jià)；李俊峰Hi在瑪納斯河流域19912000年實(shí)測(cè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料的基礎(chǔ)上，選擇肯斯瓦特?cái)嗝?、紅山嘴斷面以及蘑菇湖水庫(kù)、大泉溝水庫(kù)為代表性站點(diǎn)，采用季節(jié)性肯德

18、爾Kendall）檢驗(yàn)方法進(jìn)行瑪納斯河流域地表水水質(zhì)變化趨勢(shì)分析；吳濤42采用Holt-Winters時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型對(duì)三峽庫(kù)區(qū)水質(zhì)數(shù)據(jù)時(shí)間序列分析預(yù)測(cè)研究；袁從貴、張新政等43采用遺傳算法結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法構(gòu)建了水質(zhì)時(shí)間序列的遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，并以耗氧量為例，將該模型與自回歸滑動(dòng)平均模型、標(biāo)準(zhǔn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型做了預(yù)測(cè)對(duì)比。目前水質(zhì)預(yù)測(cè)主要有基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)的預(yù)測(cè)方法、基于灰色系統(tǒng)理論的預(yù)測(cè)方法、基于水動(dòng)力模型的預(yù)測(cè)方法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和混沌理論等非線性預(yù)測(cè)方法44-301.2.4水庫(kù)水溫方面水溫是水環(huán)境中重要的影響因子之一，水的物理、化學(xué)性質(zhì)及水生生物、農(nóng)作物對(duì)水溫都很敏感，水溫的變化會(huì)對(duì)其產(chǎn)生

19、較大的影響。水庫(kù)的溫度分層、化學(xué)分層使水庫(kù)從不同高程出流的水質(zhì)有很大的差別。在夏季從分層水庫(kù)表層下泄的水體溶解氧高、水溫較高、水質(zhì)較好，但營(yíng)養(yǎng)貧乏；而從深水層下泄的水多為含有大量離子成分、溶解氧低的低溫水，使下游水質(zhì)變壞，過(guò)多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)將引起下游河道富營(yíng)養(yǎng)化。總之，水溫的變化會(huì)給水庫(kù)庫(kù)區(qū)及其下游河道的水質(zhì)、水生生物的生存及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)一系列的影響，因此準(zhǔn)確模擬和預(yù)測(cè)水庫(kù)的水溫分層規(guī)律，并加以利用，對(duì)保護(hù)環(huán)境，發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著重大意義。水庫(kù)水溫的研究經(jīng)歷從觀測(cè)實(shí)驗(yàn)到經(jīng)驗(yàn)分析再到數(shù)學(xué)模型的過(guò)程。上世紀(jì)60年代末，美國(guó)的學(xué)者提出了深分層蓄水體溫度變化的垂向一維數(shù)學(xué)模型，即一維WRE模型和MIT模

20、型。隨后日本建立模擬分層水庫(kù)的溫度和濁度的數(shù)學(xué)模型，前蘇聯(lián)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究方面做大量的工作，建立水介質(zhì)的熱轉(zhuǎn)移方程。浮力流的k-紊流模型因?yàn)橛?jì)算穩(wěn)定和參數(shù)少而被很多研究者所采用。大型或巨型深水庫(kù)，一般來(lái)說(shuō)都存在水溫分層的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)多位專(zhuān)家的努力，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)在水質(zhì)垂向溫度模型方面得到很大的發(fā)展，各類(lèi)水庫(kù)模型也紛紛被建立，并應(yīng)用于國(guó)內(nèi)的大多湖泊水庫(kù)。余洋、彭虹51在充分考慮水面熱交換、入流、出流、熱擴(kuò)散、熱對(duì)流等影響因素的基礎(chǔ)上，建立亭子口水庫(kù)垂向一維水溫?cái)?shù)值模型；李懷恩52等根據(jù)黑河水庫(kù)的特點(diǎn)與類(lèi)比水庫(kù)實(shí)測(cè)水溫分布特性，并參考前人的經(jīng)驗(yàn)，提出一個(gè)包括入庫(kù)泥沙影響的水庫(kù)一維垂向水溫預(yù)測(cè)模

21、型，分別預(yù)測(cè)了豐、平、枯三種代表年及不同運(yùn)行方式的水溫分布；陳永燦等53根據(jù)密云水庫(kù)自身的特點(diǎn)，采用垂向一維水溫模型對(duì)密云水庫(kù)水溫進(jìn)行預(yù)測(cè)。模型中充分考慮水面熱交換、入流、出流、熱擴(kuò)散、熱對(duì)流等影響因素，利用1991年實(shí)測(cè)資料對(duì)模型參數(shù)Dz、n進(jìn)行校定，根據(jù)校定的水質(zhì)模型對(duì)1992年的水溫進(jìn)行預(yù)測(cè)，得出全年水溫隨水深分層變化并得到相應(yīng)實(shí)測(cè)分層資料的良好驗(yàn)證；吳挺峰等54在垂向二維水動(dòng)力模型的基礎(chǔ)上，疊加了泥沙模型，建立了河流型水庫(kù)垂向二維水沙數(shù)學(xué)模型，該模型的水動(dòng)力模型采用斜壓模式，可以模擬由于水庫(kù)水溫度分布時(shí)空變化對(duì)其水動(dòng)力結(jié)構(gòu)及泥沙沉降速度的影響；鄧云等55建立了計(jì)入浮力影響的立面二維水溫

22、模型，用二灘的實(shí)測(cè)資料對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證，再將該模型應(yīng)用于另一待建的河道式深水庫(kù)，精細(xì)地模擬出斜溫層的形成、發(fā)展和消失，分析了水庫(kù)全年的溫度分層結(jié)構(gòu)。大型水庫(kù)的水質(zhì)要素分布有著與天然河道不同的特點(diǎn)。與天然河道相比，水庫(kù)水深顯著增大，流速明顯減小，水體水環(huán)境條件發(fā)生改變，同時(shí)由于地形、流場(chǎng)等的三維效應(yīng)，溫度、水質(zhì)要素可能出現(xiàn)垂向分層現(xiàn)象。目前，一、二維水質(zhì)預(yù)測(cè)模型已經(jīng)比較成熟，三維模型的研究也正逐漸開(kāi)展。目前，三維模型建立及預(yù)測(cè)成為研究的主要目標(biāo)。但由于水動(dòng)力模型、溫度模型和水文、水質(zhì)模型、地質(zhì)特性等不同因素之間的相互關(guān)系復(fù)雜，很難真實(shí)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，加之技術(shù)的研究限制，目前的研究還處于初級(jí)階段。李冰

23、凍等56采用剪切應(yīng)力輸運(yùn)紊流數(shù)學(xué)模型，考慮紊動(dòng)剪切應(yīng)力的輸運(yùn)作用，用三維數(shù)值模擬了水庫(kù)中冷熱水密度差產(chǎn)生浮力流繼而導(dǎo)致溫度分層；劉中峰57針對(duì)大型水庫(kù)水質(zhì)要素分布呈現(xiàn)明顯三維效應(yīng)的特點(diǎn)，建立了一種考慮溫度分層影響的DO、CODCr、TP、TN三維水質(zhì)預(yù)測(cè)模型。用二灘魚(yú)感魚(yú)河支庫(kù)原型觀測(cè)資料對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，并分析了模型誤差產(chǎn)生的原因及模型的適用性；聶晶58根據(jù)質(zhì)量守恒定律和Fick定律，推導(dǎo)出水庫(kù)水體總磷三維遷移轉(zhuǎn)化生態(tài)數(shù)學(xué)模型，并將其應(yīng)用到密云水庫(kù)，取得了較好的模擬結(jié)果?？傮w來(lái)說(shuō)，歐美國(guó)家對(duì)水質(zhì)模型的研究比國(guó)內(nèi)的研究要早，已經(jīng)建立了多種水質(zhì)模型，廣泛地在水質(zhì)規(guī)劃及環(huán)境治理中應(yīng)用，并將其軟件化，

24、提高了模型的通用性。我國(guó)對(duì)河流水質(zhì)及其模型的研究還處于初期探索階段，一般只是對(duì)河流水質(zhì)的變化規(guī)律進(jìn)行監(jiān)測(cè)和趨勢(shì)研究。因此分析國(guó)內(nèi)與國(guó)外的差距，主要不是在建立模型的方法上，而是在于開(kāi)發(fā)的通用性、全面性、界面，以及開(kāi)發(fā)工具、平臺(tái)、模型建立所需的資料方面。1.3本文研究的意義及內(nèi)容緊水灘水庫(kù)位于中國(guó)浙江省麗水市云和縣境內(nèi)龍泉溪上，是以發(fā)電為主，兼有航運(yùn)、防洪等功能的大型水庫(kù)。壩區(qū)位于峽谷河段，出露花崗巖地層59。水庫(kù)正常蓄水位184m,相應(yīng)庫(kù)容10.4億m；死水位164m,相應(yīng)庫(kù)容4.87億m；校核洪水位192.7m,相應(yīng)總庫(kù)容13.93億m，具有年調(diào)節(jié)性能。由于水庫(kù)水質(zhì)是水庫(kù)水環(huán)境的主要內(nèi)容,它關(guān)

25、系到水庫(kù)的運(yùn)行以及對(duì)流域水環(huán)境的影響,所以研究水庫(kù)地表水質(zhì)的形成、演變問(wèn)題能夠?yàn)樗畮?kù)的運(yùn)行管理提供更多的手段。蓄水前、后庫(kù)區(qū)水環(huán)境特征發(fā)生了很大的變化,由此也導(dǎo)致了相應(yīng)時(shí)期間水質(zhì)的變化。在蓄水初期,為水質(zhì)的較大變化時(shí)期,而在正常運(yùn)行時(shí)期,則為庫(kù)水水質(zhì)的相對(duì)平穩(wěn)時(shí)期。水庫(kù)水質(zhì)的變化受水環(huán)境以及庫(kù)水補(bǔ)給源的化學(xué)成分、庫(kù)周邊近析巖土體的元素及其含量、庫(kù)周邊淹沒(méi)地帶的植被腐爛及淹沒(méi)地的化學(xué)成分、水庫(kù)流域集水區(qū)的化學(xué)成分、水生物作用等諸多因素的影響。研究水質(zhì)變化需要對(duì)水質(zhì)的水化學(xué)特征進(jìn)行分析,找出其主要變化因素。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析對(duì)水庫(kù)水質(zhì)的現(xiàn)有資料進(jìn)行信息檢索,篩選出對(duì)水質(zhì)影響大的影響因子。水溫是水環(huán)境中最

26、重要的影響因子之一，水的物理、化學(xué)性質(zhì)及水生生物、農(nóng)作物對(duì)水溫都很敏感，水溫的變化會(huì)對(duì)其產(chǎn)生較大的影響。水溫變化會(huì)對(duì)庫(kù)區(qū)及下游河段的水質(zhì)、水生生物等產(chǎn)生重大影響；水溫不僅是水庫(kù)水環(huán)境中的重要研究?jī)?nèi)容，也在水庫(kù)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)用管理中起著重要作用。本文在掌握己有水質(zhì)分布特性的基礎(chǔ)上，研究緊水灘水庫(kù)水質(zhì)、溫度的變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)水庫(kù)水質(zhì)的研究，可以很精確地得出水庫(kù)水質(zhì)現(xiàn)狀，并對(duì)水庫(kù)水質(zhì)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，將有利于相關(guān)部門(mén)對(duì)水庫(kù)水質(zhì)進(jìn)行改善和為水庫(kù)的管理提供科學(xué)依據(jù)。技術(shù)路線圖如下所示參考文獻(xiàn)：Stumm,Morgan.水化學(xué):天然水體化學(xué)平衡導(dǎo)論M.北京:科學(xué)出版社,1987.Gibbs,RonaldJ.A

27、mazonRiver:EnvironmentalFactorsThatControlItsDissolvedandSuspendedLoadJ.Science,1967,156(3783),1734-1737J.P.Carbonnel,M.Meybeck.QualityvariationsoftheMekongriveratPhnomPenh,Cambodia,andchemicaltransportintheMekongbasinJ.JournalofHydrology,1975,27(3-4),249-514A.H.Webb.Weakacidconcentrationsandriverch

28、emistryinthetovdalriver,southernNorwayJ.WaterResearch,1982,16(5),641-648A.Mishra.Assessmentofwaterqualityusingprincipalcomponentanalysis:AcasestudyoftheriverGangesJ.JournalofWaterChemistryandTechnology,2010,32(4),227-234JillWeintraub.Assessmentofwaterqualityusingprincipalcomponentanalysis:Acasestudy

29、oftheriverGangesJ.Biogeochemistry,1987,3(1-3),21-35Rothwell,J.J,Dise,N.B,Taylor,K.GAspatialandseasonalassessmentofriverwaterchemistryacrossNorthWestEnglandJ.ScienceofTheTotalEnvironment,2010,31(4),841-855NeiK.Leite,AlexV.Krusche,MariaV.R.Ballester.IntraandinterannualvariabilityintheMadeiraRiverwater

30、chemistryandsedimentloadJ.Biogeochemistry,2011,105(1-3),37-88Chevychelov,A.P,Kuznetsova,L.I.ChangesinsurfacewaterchemistryoftheChul雀manRiveranditstributarsincoalminingregionsJ.WaterResources,2010,37(5),706-71010侏顏明，余中盛,富德義長(zhǎng)白山天池水化學(xué)J.地理科學(xué),1981,1(1),58-65張群英，林峰，李迅中國(guó)東南沿海地區(qū)河流中的主要化學(xué)組分及其入海通量J.海洋學(xué)報(bào),1985,7(5

31、),561-566喬光建朱莊水庫(kù)水質(zhì)時(shí)空變化規(guī)律分析J.河北水利水電技術(shù),2003(1),38-39張立成，趙桂久.曾北危湘江水系河水的地球化學(xué)特征J.地理學(xué)報(bào),1987,42(3),243-251雷世兵，鄧爭(zhēng)榮,吳樹(shù)良某水電站壩址區(qū)環(huán)境水化學(xué)特征及對(duì)工程的影響J.資源環(huán)境與工程,2010,24(2),166-170李思悅，程曉莉，顧勝南水北調(diào)中線水源地丹江口水庫(kù)水化學(xué)特征研究J.環(huán)境科學(xué),2008,29(8),2111-2116韓志偉，劉叢強(qiáng)，吳攀灌瑾大壩攔截對(duì)河流水溶解組分化學(xué)組成的影響分析J.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境,2009,18(4),361-367吳起鑫;韓貴琳;唐楊；三峽水庫(kù)壩前水體水

32、化學(xué)及溶解無(wú)機(jī)碳時(shí)空分布特征J.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)2012,32(3),654-661周凱慧，劉霞，劉雅芬泰安市飲用水源黃前水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)J中國(guó)水土保持科學(xué),2004,2(23),84-8918郭德偉，張士杰，秦飛薛建國(guó)萬(wàn)家寨水庫(kù)及上游水質(zhì)變化規(guī)律研究J.人民黃河,2007,29(7),27-28+30M.M.JORDAN，J.MATEU，A.BOXL.AClassificationofsedimenttypebasedonstatisticalmultivariatetechniquesJ.Water,Air,andSoilPollution,1998,107:9Z104Dunnette，D.

33、A.AgeographicallyvariablewaterqualityindexusedinOregonEJI.JournalofwaterPollutionControlFederation,1979,51(1):5360J.W.Einax,U.Soldt,GeostatisticalandmultivariatestatisticalmethodsoftheassessmentofPollutedsoils-meritsandlimitationsJ.ChemometricsandintelligentLaboratorySystems,1999,46:7991K.Voudouris,

34、A.PnagaoPoulos,J.Koumantakis.MultivariateStatisticalAnalysisintheAssessmentofHydrochemistryoftheNorthernKorinthiaPrefectureAlluvialAquiferSystem(PeloPonnese,Greece)J.NaturalResourcesResearch,2000,9(2):135146IreneM.Farnham,KlausJ.Stetzenbach,AshokK.SinghKevinH.Johannesson.DeciPheringGroundwaterFlowSy

35、stemsinOasisVa11ey,Nevada,UsingTraceElementChemistry,MultivariateStatisticsandGeographicalInformationSystemJ.MathematicalGeology,2000,32(8):943968SylvesterR.O.,etal.ComputeranalysisofwaterqualitydataJ.JournalofwaterPollutionControlFederation,1962,34(6):605612黃國(guó)和.應(yīng)用多元統(tǒng)計(jì)分析理論預(yù)測(cè)城市大氣污染J.環(huán)境科學(xué),1991,12(2)：2

36、934許榕.大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)優(yōu)化布點(diǎn)的研究J.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè),1994,10(5)：1328應(yīng)竹青城市環(huán)境質(zhì)量多元統(tǒng)計(jì)分析一永安市城市環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)J.數(shù)理統(tǒng)計(jì)與管理,1995,14(6)：l4楊永泰，張勁偉廣東省城市體系生態(tài)環(huán)境類(lèi)型J.城市環(huán)境與城市生態(tài),1995,8(l)：2326胡香芳，劉丹，趙睿等主成分分析法在三江交匯處水質(zhì)分析中的應(yīng)用J四川環(huán)境,2007(4)：3639孫國(guó)紅，沈躍，徐應(yīng)明,齊愛(ài)軍基于多元統(tǒng)計(jì)分析的黃河水質(zhì)評(píng)價(jià)方法J.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2011,30(6)：11931199袁健，樹(shù)錦進(jìn)多元回歸法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于水質(zhì)預(yù)測(cè)J.水資源保護(hù),2008(03)：464833曾淦寧，

37、吳國(guó)權(quán),徐曉群多元聚類(lèi)分析方法在杭州灣水質(zhì)分析上的應(yīng)用J.2009(01)：14周豐,郭懷成，劉永，等基于多元統(tǒng)計(jì)分析和RBFNNs的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法J.浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2007(5)：846853JuergTroesce.Diffusioninalake,comparisonofmathematicalmodels.Hydrodynamicsoflake,1978,(3):123129HuberWC.andHarlemanDRF.TemperaturePredictioninStratifiedReservoirs,J.oftheHyd.Div.,ASCE,HY4(98),1972ImbodenDM.PhosphorusModelofLakeEutrophication,Limnol.Ocanogr.,Vol.19(2),Mar.1974水質(zhì)模型研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì).裝備環(huán)境工程.2008,(4):3235孫國(guó)紅，沈躍，徐應(yīng)明等.基于Box-Jenkins方法的黃河水質(zhì)時(shí)間序列分析與預(yù)測(cè)J.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2011,30(9)：18881895孟嘉偉.基于BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)評(píng)價(jià)模型D.天津大學(xué),2011李俊峰，盛東，程曉如瑪納斯河流域水質(zhì)變化趨勢(shì)分析J.水資源保護(hù),2008(04)：101342吳濤，顏輝武,唐桂剛?cè)龒{庫(kù)區(qū)水質(zhì)數(shù)據(jù)時(shí)間序列分析