环境水力学理论在河流、水库环境问题中的应用─—新学科发展综述之三

本文简要介绍了环境水力学理论在河流污染带计算、河流水质模拟、水库水质模拟、石油污染预报及热污染预报方面的应用，着眼于介绍基本方法及已经取得的进展。环境水力学正处于高速发展的时期，一方面计算流体力学等相关学科的发展将促使环境水力学有一个大的发展，另一方面随着工程实际中重大技术问题的解决，环境水力学理论也将上一个新台阶。     

陆源污染对伶仃洋水质影响的数值模拟

引入环境水力学数学模型，利用二维ADI法进行数值模拟，对伶仃洋水域的潮流运动和污染迁移扩散展开了研究，并成功地进行了验证计算。为河口的治理开发和伶仃洋的生态环境保护，提供了较好的数学模型。     

对大水域电厂群温排水环境热影响研究的认识

对大水域电厂群温排水热影响课题研究的方向及路线提出了看法,即在热影响的预测和评估研究方面必须正视大水域电厂群温排水的特点,突破以往着眼于单一电厂的评估模式,提高数值模拟和物理模拟的精度,强化数值模拟和物理模拟之间的协同和互补作用;研发新的水质预报模型和大水域环境热容量的评估模式,建立大水域火、核电厂水环境管理信息系统。提出温排水余热的高效利用研究和水域水质温度标准的修订是水域环境热容量修复研究的主要内容。     

微囊藻水华暴发的水动力机理与模拟研究进展

微囊藻水华暴发会加剧水质恶化,影响用水安全,破坏水生态系统平衡,威胁人类健康,是全球普遍面临的水生态灾害之一。微囊藻水华暴发的水动力机理与模拟是开展相关水华防治的关键,是当前环境与生态水力学研究的前沿热点与难点。本文对国内外微囊藻水华暴发的水动力机理与模拟研究工作进行了梳理,包括:归纳了微囊藻自主迁移的生物学机制;总结了静水环境下微囊藻个体与群体的垂向迁移机制;梳理了风生流、异重流等典型流态下微囊藻聚集的水动力机理;从粒子模型与连续介质模型角度,阐述了微囊藻迁移分布模拟方法以及应用;凝练了微囊藻水华暴发水动力机理与模拟研究领域未来需要解决的若干关键问题。     

多元因子分析模型在河流健康评价中的应用——以苏子河水质特性研究为例

为顺应河流生态可持续发展,提出健康河流、生命河流等概念,维持河流生态系统健康已经成为流域综合管理的必然趋势。综合运用水文学、水力学、泥沙地貌学和水生生态学的基本理论和方法研究河流生态健康的表征因子,确定各因子的阈值,建立流域性水体水质可续发展评价体系。以河流可持续发展为基础,引用代表性的相关指标进行筛选,对流域水质指标进行数值化分析,以苏子河流域水质特性为研究对象,选取出评估河流健康状况的环境因子,客观反映出中小河流域健康状况,为河流的可持续管理和生态环境建设提供参考。     

生态水力学及其在水利工程生态环境效应模拟调控中的应用

生态水力学是水力学、生物学和生态学的交叉学科,重点研究水动力对水生态系统的作用机制以及水生态健康的水力调控技术。生态水力学一方面研究水动力条件变化对物质生物地球化学过程的影响及生态系统中物种构成、栖息地分布、生态功能的效应,另一方面研究水生态系统的演变对水力情势的影响。本文围绕水电开发的生态环境效应模拟与调控,重点论述生态水力学研究的发展现状、热点难点、工程应用及前沿展望。     

香港维多利亚港三维污染精细预报模型研究

：本文把研究近海水域水质污染与控制的三维精细预报系统作为目标，在分析近海环境中各种物理、化学和生物现象的基础上，针对近海水域水污染的特点，选定一个包含有二十多个状态变量及其相互作用的三维非线性系统作为研究和模拟对象，建立一个统一考虑物理、化学和生物等过程综合作用的近海水域三维水动力学和水质的精细模型，并成功地应用于香港维多利亚港的水质模拟。     

EFDC模型在港湾水环境中的应用及进展

加强港湾水域的环境控制是海洋管理的重要方面,而水环境系统的模拟是进行环境控制的前提条件。EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)由美国威廉玛丽大学维吉尼亚海洋科学研究所开发的综合水质模型,使用范围广泛,能够模拟河流、湖泊、河口、水库、湿地,以及近海区域等多种水体的水动力、水质状况、沉积物迁移等。介绍EFDC的基本原理、方程及综述了其在港湾水环境模拟方面的应用和发展。     

我所看到的美国水电(之十二)——从美国阿肯色河梯级水电开发看生态水力学的发展

我国一些地方开展的河流生态建设着眼于河流岸坡绿化,还没有认识到河流生态系统是一个由鱼类、鸟类、哺乳动物、无脊椎动物和昆虫等动物和水中及岸边植物共同组成的食物网的复杂结构。我国很多水利水电工程设计,往往是以一种"过关"的心态对待环境评价工作,所谓的环保设计往往是一种景观设计,目的是取悦于人的感官,而不是取悦于水和生物群落的生存。为解决鱼类与水电开发的关系,我国必须在水力学中引入了生态学的概念,必须由传统的"水能河流观"进入到"水能、生态河流观",必须把河流的水质恢复提高到生态恢复的高度,从而积极推进生态水力学作为一门新的学科向前发展。     

北二十里泡滞洪区生态环境研究

为保护好北二十里泡滞洪区现称龙凤湿地水域环境,大庆市政府对滞洪区的生态与应用很重视;特对滞洪区水域进行了14项国家规定的项目水质类别标准研究;使其滞洪区为城市绿化植物提供灌溉水源,减轻城市水资源供需的压力。     

输水渠道冰盖增厚物理模型试验相似律研究

随着南水北调中线工程冰期输水相关问题研究的深入,理论研究成果亟需物理模型试验和原型观测数据的支持和验证,由于原型观测难度较大,且影响因素不可控,物理模型试验方法成为解决冰水力学问题的有效途径。现在国内外学者开展冰水力学模型试验的成果基础上,结合冰水力学理论研究成果,对以冻结模型冰为试验材料的输水渠道冰盖增厚物理模型试验相似律展开研究,并通过物理模型试验进行了验证。研究表明:冰凌下潜临界流速的比尺为λ0.5,水力加厚冰盖沉积厚度的比尺为λ,均遵循重力相似准则;对于力学加厚冰盖,由于冰凌黏结力不遵循重力相似准则,结冰期需设法控制黏结力;融冰期可按照重力相似准则设计,但需控制环境温度在结冰点以上,以减小冰凌间的黏结力;因此输水渠道冰盖增厚物理模型试验宜采用冻结模型冰为试验对象,试验应按照重力相似准则进行设计。     

浙江省水利河口研究院科学技术发展50年

经过几代人的不懈探索和努力奋斗，迎来了浙江省水利河口研究院50华诞。50a来，该院各专业从无到有、从小到大，研究领域不断拓展、研究手段不断丰富、研究水平不断提升，科研队伍不断壮大，综合科研技术实力获得了飞速发展。对该院的历史沿革和基本情况作了介绍，并对该院成立50a来的水利河口科技进展，主要包括钱塘江河口治理开发研究、其它河口海岸开发研究、水资源水环境研究、防灾减灾研究、岩土力学及工程勘探、水工水力学试验研究、水工材料研究与应用、工程设计、工程质量检测及评价、水土保持研究与应用、水利信息自动化的开发与研制等作了重点介绍。     

水力学有关研究热点的认识

在总结 2 0 0 2年国家自然科学基金申请项目水力学分支申请材料的基础上 ,结合本分支相关研究成果 ,分析了工程水力学、水波水力学和明渠水力学三方面的研究现状及发展趋势 ,指出了防冲消能、防波堤形式及稳定性等研究是目前水力学科学的研究热点     

21世纪工程水力学发展趋势

从新理论、新技术和数学模型三方面论述了21世纪工程水力学的发展趋势.21世纪水力学的理论框架将发生根本性变革,研究对象将从自然尺度向细观尺度发展,突破传统的均匀连续介质假设,非线性理论和随机理论将得到广泛应用.水力学与计算机技术紧密结合,将出现全新的现代化知识体系.随着基础研究的不断深入,针对工程水力学的紊流研究将有新的突破,关于水流与固体、气体的相互耦联作用探讨将有重大进展,水力学将跨向现代化的新阶段.     

高坝水力学的理论与实践

在我国高坝工程快速兴建的背景下,高坝水力学呈现出前所未有的发展态势。对我国近年来高坝水力学的理论、方法、技术研究及其在工程中的应用进行了综述,涉及消能防冲、空化空蚀、流激振动、泄洪雾化、水气二相流等多个方面。将该领域的发展趋势归纳为深度、广度和高度3个方向,即理论研究从宏观尺度向细观尺度深化;研究范围从坝区向流域拓展;新技术研发向进一步突出原创性和系统性提升。通过回顾与展望,总结了我国高坝水力学所取得的成就以及目前面临的挑战。     

船闸水力学研究的新成就

本文主要介绍近１０年来我院在船闸水力学研究方面的新成就。包括船闸输水系统布置、闸阀门水力学和引航道水力学等。并结合葛洲坝、三峡、五强溪等大型通航水利枢纽工程，重点介绍在船闸输水水力计算、闸阀门非恒定流水力学、输水阀门段廊道体型以及门楣通气减蚀措施等方面的研究成果。     

船闸水力学研究方法论

为进一步拓宽船闸水力学研究的思维方式,在总结已有研究成果的基础上,介绍了船闸水力学研究的目的、方法和准确把握优化研究方向的思维方式;阐述了通过能力、船舶航行/停泊安全与船闸输水系统安全三者在船闸水力学研究中的辩证统一关系。研究提出:船舶安全高效过闸优化研究过程,是一个从全局着眼对各种问题和矛盾渐进让步和协调的过程,是在厘清矛盾主次、明确目的后遵循水流自身规律因势利导、跳出惯性思维陷阱的创新过程。结合大藤峡船闸水力学研究成果,对船闸水力学研究方法论进行了解析,可为后续船闸水力学研究者提供参考。     

双线互输水船闸剩余水头优化研究

为定量分析双线互输水船闸剩余水头与船闸输水时间的关系,基于船闸输水系统非恒定总流能量方程和连续性方程,建立了一元船闸充、泄水数学模型。以广西长洲枢纽三、四线船闸为例,用原型观测数据验证了数学模型的可靠性。重点研究双线互输水船闸的输水系统水力学,揭示剩余水头与输水时间和省水率的关系。研究表明,随着剩余水头减小,船闸输水时间不断增加,同时因联通阀门关闭时间较长,在阀门关闭末期,充水闸室水位高于泄水闸室水位,从而出现倒流现象,船闸省水率增至0.5后又降低。故从省水角度出发,剩余水头取4 m为最优。综合考虑省水率与输水时间的矛盾,从而提出省水率与输水时间在剩余水头选取上的权重问题,为优化双线互输水船闸剩余水头提供参考。     

通航水力学研究专题论文综述

 本文对国际天然和实验室水力学研究学术会议的包括船闸水力学、港口水力学及筏道水力学在内的１１篇通航水力学论文进行了简要的综述。这些论文的研究方法大多是水工模型试验与原型观测，并对两者结果进行了比较。验证了模型试验结果的可靠度。论文（７）是至今首次研究的课题，作者使用了简化的数学模型、物理模型及现场观测等方法，并获得好的结果。这些论文可供研究这类问题与工程设计时参考。     

调水工程运行最优控制研究

针对南水北调工程的实际情况，提出采用最优控制理论解决调水工程中存在的滞后与耦合问题。通过建立渠道的状态空间方程，将水力学问题转化为控制论问题。建立渠道运行二次性能指标，求解系统最优控制方案。以南水北调中线总干渠京石应急段为例进行仿真计算，结果表明渠道水流在2h内快速达到稳定，水位波动小于0．15m／h，动态稳态性能良好。