高坝大库分层取水措施比选研究

为了合理选择大型水库分层取水措施并进行下泄水温对生态环境的影响评估,采用MIKE3数学模型方法,模拟某高坝大库分别采用单层进水口、两层进水口、叠梁门多层取水等3种不同电站取水方案的水库水温结构及下泄水温,对比分析不同分层取水措施对下泄水温的调节作用和对下游生态环境的影响。结果表明分层取水措施能有效提高水库泄水温度,减缓水库下泄低温水的影响;叠梁门结构能够实现表层取水,对水库低温水的改善效果要优于多层进水口结构。     

分层型水库取水水温量纲分析及其影响因素研究

水温分层作为影响库区水生生态系统的重要因素逐渐成为研究热点。影响下泄水温的主要因素包括:坝前水温梯度、取水水头、取水流量、取水口宽度、温跃层厚度、重力加速度等。通过量纲分析法,基于π定理尝试建立了溢流式分层取水下泄水温估算模型。采用SAS 9.3统计软件对实验数据进行了回归分析,提出了下泄水温估算方程,相关系数达到95.6%。研究结果表明,水温梯度项为下泄水温估算的最主要因素,其次为取水水头项,最后为流量项;随着坝前水温温跃层强度增大,下泄水温升高,且强度越大,对下泄水温的影响越显著;下泄水温随取水水头的增加而降低,下泄水温降低幅度明显小于取水水头变幅;当取水流量逐渐增大时,下泄水温逐渐升高,但取水流量大于临界值时,下泄水温转而表现出缓慢下降趋势;在本文研究范围内,估算方程可以用于较好地预测下泄水温,预测结果与实验数据的相关系数为99.4%。     

浅谈取水口的实施技术方案

为了解决某水库取水口位置偏低所引起的原水下泄水温较低产生的问题,合理选择其分层取水措施,以及进行下泄水温对生态环境的影响评估,对比分析不同分层取水措施。文章针对某水库取水口的实施技术方案进行探究。     

大型分层型水库下泄水温对取水高程敏感性分析研究

为分析下泄水温随取水高程变化规律,探讨分层型水库下泄水温的敏感性,结合丰满水电站,建立了全三维水动力-水温耦合数学模型,并同时开展了物理模型实验,计算结果与实验结果进行了相互验证。对取水水头16.0~25.0 m下取水水温进行预测研究,结果表明:大型分层型水库下泄水温不仅与上游取水高程有关,还取决于坝前库区取水层水温垂向分布;随着取水水头的降低,下泄水温逐渐升高,而增幅表现出逐渐减小,且该变化规律与坝前取水层水温垂向梯度无关;当老坝缺口拆除高程大于240.0 m时,下泄水温受老坝缺口拆除高程影响有限;大型分层型水库取水水头建议取16.0~18.0 m,但该结论仅根据单一工程研究得出,其通用性尚需要根据其他工程进一步研究验证。     

大型水库分层取水方式对下游河道鱼类生态环境影响研究

文章结合水温数值模型,对辽宁西部某大型水库分层取水方式下的下泄水温进行分析。结果表明:相比于传统单层取水方式,采用分层取水方式后,水库下泄水体和天然水体温差可有效降低-0. 3～1. 5℃,并可缩短低温水体恢复距离,更利于下游河道鱼类的生态环境。研究成果对于水库生态调度措施具有参考价值。     

光照水电站水库水温分析预测及分层取水措施

光照水电站水库为不完全多年调节水库,水库水温属分层型。如果按原设计取用深层水,下泄的低温水将对下游河道生态环境产生显著的不利影响。本文在对水库水温分布状况分析的基础上,并充分考虑工程技术的可行性,提出了采用叠梁门分层取水措施,以避免低温水下泄产生的不利影响。计算表明,分层取水方案的下泄水温比原方案提高了3.1℃。     

控制幕运行方式改善下泄水温及其成因研究

控制幕取水方式能够有效地减缓温度分层型水库下泄低温水对下游生态环境的不利影响,但目前缺乏控制幕运行方式下泄水温规律的试验研究以及对下泄水温成因的分析。本文基于某水库水温资料,首先通过试验探讨不同控制幕运行方式对下泄水温的改善效果,总结下泄水温规律。其次,利用三维数学模型进行精细模拟,分析控制幕表层和底层同时过流运行方式的流动规律,探讨下泄水温成因。结果表明:控制幕表层过流运行方式能够显著提高下泄水温;采用控制幕表层底层同时过流运行方式时,主流区位于控制幕顶部和底部,下泄水体主要由表层高温水与底层低温水掺混而成,下泄水温取决于所取表层高温水和底层低温水的掺混比例。研究成果对温度分层型水库控制幕取水的运行调度具有重要意义。     

金沙江乌东德水电站分层取水进水口设计

乌东德水电站水库水温季节性分层明显,3~6月下游鱼类产卵期单层取水下泄水温较坝址现状水温降低0.6~2.0℃。叠梁门分层取水涉及布置、水力特性及下泄水温改善效果等技术难题。通过开展叠梁门式进水口水力学物理模型试验,从叠梁门式进水口结构布置设计、叠梁门及其启闭设备设计、叠梁门调度运行方案、叠梁门式进水口水力学物理模型试验、叠梁门分层取水效果等方面详细介绍了设计和研究过程。研究结果显示,采用叠梁门分层取水措施后,下泄水温较单层取水时有一定程度的提高,可为国内同类水电站分层取水设计提供借鉴。     

基于下游生境水温需求的水库分层取水调度研究

水库蓄水后,其下泄水温与天然水温存在明显的差异,会对下游河道水生生物特别是鱼类的生存繁殖产生直接影响,降低物种多样性,因此需要采取措施提高下泄水温。以浙江省滩坑水库为研究对象,建立了坝前三维水温模型,并利用实测垂向水温数据进行率定验证;然后,基于下游水生生物水温需求,探讨水库分层取水调度方案以改善河道水温。结果表明：水库各月份下泄水温与天然水温的温差在-8.3～0.2℃之间;通过一维水温模型对坝下游河段进行水温模拟,发现近坝段水温均不能满足土著鱼类特别是国家一级保护动物鼋产卵期水温需求;采用叠梁门分层取水措施,可使得鼋自然保护区处夏季各月下泄水温保持在18℃以上,可使国家一级保护动物鼋产卵期恢复到6～8月份。研究成果对水库生态调度具有参考价值。     

典型工程叠梁门分层取水方案优化分析

水库下泄低温水将影响库区下游水生生态系统,而采用叠梁门分层取水则是解决电站引起的下泄水温问题的有效手段。依托实际工程,本研究建立了三维水温-水动力数学模型,对进水口水力特性与下泄水温进行了数值模拟,分别论证了不同取水高程条件下叠梁门分层取水运行的可行性及下游取水水温规律,分析了分层取水对下游灌区作物的影响。结果表明：叠梁门取水高程是影响分层取水效果的关键因素,而取水高程的确定又与进水口水动力特性密不可分,相比于叠梁门门顶水头,中小型工程进水口结构体型对分层取水进水口系统水动力特性影响更甚;增大叠梁门与门库前置墙间距是改善进水口水力特性的有效措施之一;结合叠梁门分层取水水力特性及取水效果,提出了叠梁门运行方式。     

冷却池试验模型律探讨

我国现用的冷却池模型试验方法和模型与原体的水温换算关系，是由系统的总体热平衡关系求得的，没有考虑水流内部的运动关系。本文用常规的方法，从运动方程出发推导模型试验相似律，考虑了水流的运动结构；包括温排水的近区和远区，分层和不分层等差别。提出模型中弗劳德数和密度弗劳德数必须同时与原型相等。在原体气温和试验室的气温相差较大时，必须考虑水的密度随水温的变化。因此本文提出的原型和模型水温的换算方法，将和现有方法有明显差别。     

基于水流黏滞性的模型沙选择

对于研究泥沙问题的全沙动床模型试验,模型沙的设计是整个模型试验的关键。当原型泥沙粒径过小,不考虑模型与原型的温度差异时,按比尺计算得到的天然模型沙粒径太小,通常不易获得。因此在满足悬移相似条件下,通过控制试验水温,根据不同温度及不同水黏滞系数ν,得到合理的颗粒粒径从而优化模型选沙。在原温和变温两种条件下分别计算所选泥沙的沉速和沉速比尺,表明改变温度所选的模型沙粒径是合理的,用较大粒径天然沙模拟原型较细沙,既满足沉速相似也满足悬移相似要求。试验验证结果表明模型沙选择满足设计要求,模型设计合理。     

竖井式水平旋流洞含气水流模型相似律

针对竖井水平式旋流洞通气孔模型试验中通气量和掺气水流的含气率在进行原型数据换算中存在的问题,考虑到空气可压缩性,通过对气液两相流基本方程的相似理论研究,导出原模型的力学相似律.在进一步研究竖井水平旋流洞模型相似律的基础上,推导出竖井式水平旋流洞原、模型通气管截面积的换算关系和原、模型含气率分布的换算关系.将所得理论公式应用于公伯峡水电站竖井式水平旋流式泄洪洞模型试验,并为原型观测结果所证实.     

掺气水流掺气浓度缩尺影响的估计

根据紊动扩散理论和相似理论导出了掺气水流试验的9个模型相似律。研究表明，若要求掺气水流的掺气浓度原、模型相似，并按重力相似律引伸，则掺气气泡的上浮速度应和水流流速一样满足重力相似律。在模型采用和原型相同的介质，即水和空气进行试验时，由于气泡上浮速度不相似，引起掺气浓度巨大的缩尺影响，本文首次对这种影响进行定量估计。研究表明，模型的比尺λL应足够大，以减小掺气浓度的缩尺影响。     

供水管网试验模型的构建方法

建立供水管网的试验模型,便于研究实际供水管网中的水力、水质问题。根据管流的变态水力模拟相似理论,建立了供水管网原型和试验模型主要参数间的关系,提出了构建供水管网试验模型的具体方法和步骤,并对某一供水管网进行了变态水力模拟。模拟结果表明,模型和原型的管道流量、流速、单位水头损失及水头损失的相对误差及其平均值均小于或等于0.01,且关联度均大于0.90,属一级精确等级,方法可靠。     

温排水变态模型的水平扩散相似问题

温排水变态模型扩散系数与模型变率之间存在着密切联系,了解、明确温排水变态模型的扩散相似影响,对温排水试验模型设计、几何变态率选择以及提高模型模拟精度具有重要意义。本文总结分析了前人关于污染物水平扩散系数计算方法以及扩散相似问题等相关研究成果,据此提出了宽浅型水域污染物水平扩散系数通用计算模式。在此基础上,基于可控温、湿度条件下温排水输移扩散水槽试验与数学模型反演计算分析相结合的方法,开展了散热相似条件下不同变态率模型温排水输移扩散影响对比研究,对不同变率条件下流场、温度场主要特征参数及水平扩散项参数取值进行了深入的分析,提出了宽浅型水域变态模型水平扩散系数与模型变率间的计算关系式。经原型实测资料验证,该关系式在宽浅水域具有良好的适宜性,可用于温排水及其它污染物输移扩散变态模型与原型间水平扩散系数的转换计算。研究结果为今后宽浅型水域中温排水或其他污染物输移扩散数模计算、物理模型试验参数选择奠定了良好的基础。     

大渡河深溪沟水电站截流试验研究及工程实践

 大渡河深溪沟水电站截流具有截流流量大、河道水面比降大、河床覆盖层厚等特点。介绍了有关截流方案、研究的模型试验研究成果,即截流方式、戗堤轴线布置、单戗与双戗截流对比及降低截流难度的措施等。并结合截流施工现场观测资料进行了对比分析,模型试验成果与原型观测数据有很好的相似性。     

渠网非恒定流图论原理

本文研究了气液均相流的模型相似律，推导得出竖井式水平旋流洞的模型相似律是：原、模型几何相似；原、模型佛罗德数 相同；原、模型含气率相同。推导得出竖井式水平旋流洞原、模型通气管截面积的换算关系和原、模型含气率分布的换算关系。最后，应用所得理论公式分析公伯峡水电站竖井式水平旋流式泄洪洞模型试验结果，为改进和完善模型设计提供了科学依据。     

掺气减蚀减压模型相似律问题的探讨

通过大朝山水电站表孔减压水力学模型试验结果与原型资料对比分析，对掺气减蚀减压水力学模型与原型之间的相似律问题进行了研究。研究结果表明，传统水力学减压试验方法在掺气减蚀减压模型中，由于存在模型和原型之间掺气不相似、初生空化界限不明确等问题，致使模型水流空化特性试验结果与原型差异比较大，只有通过空化部位水流掺气相似得到的减压模型试验结果才能与原型空化达到基本相似的要求。     

A physical,movable-bed model for non-uniform sediment transport,fluvial erosion and bank failure in rivers

Sediment transport processes in rivers continue to pose a challenge when designing movable-bed physical models, particularly for reproducing the grain sorting and bank erosion (fluvial erosion and mass failure). This paper presents and discusses scale effects of a specific scaling approach for multi-grain size mixtures that preserves similarity of initial motion for each grain size class and of the bank stability coefficient between the model and the prototype, but relaxes strict similarity of the Shields and particle Reynolds numbers. This approach is appropriate when bed load transport near incipient motion conditions is being studied, and allows for larger grain size scales than when full Shields parameter similarity is enforced. As part of an environmental project to rehabilitate sediment transport through bank erosion, this method has been applied to scale a Froude number criterion physical model of a reach of the Old Rhine (France). This has resulted in an undistorted scale of 40, and the use of sand as the model bank material. Each grain size has a different geometrical scale. The time scale for sediment motion is grain size and flow discharge dependent. An average time scale of 6 has therefore been used (four model hours = one prototype day). A strategy devised for the field case consists of two higher, larger island groynes that replace the three existing groynes, producing bank erosion for flow rates below the mean annual flow rate. Extrapolation of model behaviour to the prototype is not a major problem, but the volume of eroded bank material may be underestimated, mainly because of the relaxation of the Shields number similarity and the apparent cohesive properties of the model bank material.