三峡水库香溪河库湾特殊水温分层对水华的影响

三峡水库蓄水后,香溪河库湾暴发了多次藻类水华.通过分析香溪河库湾2008年全年水温分层及水华暴发的空间特性,研究了水体分层特性与水华空间分布的关系.结果表明:三峡水库库首江段在3至4月份出现了水温弱分层现象,垂向温差在1～2℃,基本不暴发藻类水华;香溪河库湾中下游水体因受长江倒灌异重流的影响,呈"阶梯"型分层模式,上游水体因受低温来流底部异重流影响,呈"半U"型分层模式;香溪河库湾水体主要进行"水平"而非"垂直"能量交换,呈现下游深水区水温分层较弱、上游浅水区分层反而较强的特殊空间分布特点;受库湾水温分层结构的影响,香溪河库湾下游近河口段水域水华暴发强度低,上游水域水华暴发强度高;水华暴发率和水体稳定率能够分别反映香溪河库湾水华暴发程度和水体稳定程度特性,二者相关性显著.结合临界层理论能够很好地解释三峡水库干支流水华暴发过程.     

香溪河库湾水温分布特性及其对悬浮颗粒物垂向输运的影响

针对三峡水库蓄水后香溪河库湾水温分布特性进行了数值研究。研究表明,香溪河库湾属于季节性水温分层型水体,在分层期会伴有温跃层的出现,在此基础上讨论水温分层对水体中悬浮颗粒物垂向输运的影响。通过推求沉速与水温分布的相关关系,发现水流在紊动条件极其微弱的情况下,水温分层可同时引起悬浮颗粒物的沉降速率呈现梯度分布状态,因此,易造成悬浮颗粒物在温变层的富集,最终将导致物质浓度在垂向上出现分层现象。     

水温分层对水体中悬浮颗粒物垂向输运影响的研究

针对三峡水库蓄水后香溪河库湾水温分布特性进行了数值研究。研究表明,香溪河库湾属于季节性水温分层型水体,在分层期会伴有温跃层的出现,在此基础上讨论水温分层对水体中悬浮颗粒物垂向输运的影响。通过推求沉速与水温分布的相关关系,发现水流在紊动条件极其微弱的情况下,水温分层可同时引起悬浮颗粒物的沉降速率呈现梯度分布状态,因此,易造成悬浮颗粒物在温变层的富集,最终将导致物质浓度在垂向上出现分层现象。     

金盆水库热分层特性及扬水曝气系统运行效果研究

基于MIKE3软件建立黑河金盆水库三维水温模型,该模型准确的模拟出了2012年水体垂向水温变化及水体热分层结构演变,平均相对误差为1.42%.针对气温、太阳短波辐射及入库流量对水体热分层结构的影响进行了系统的模拟研究.结果显示:气温、太阳短波辐射与水体热分层的稳定性呈现正相关关系,而入库流量则与其呈现显著负相关关系.引入APE水库潜在势能指数来评估金盆水库水体热分层稳定性,并应用该模型,对金盆水库水体2014年9月至11月自然分层状态下APE指数进行模拟,与同时期人工强制混合条件下实测水体APE指数进行对比分析.结果表明,扬水曝气系统的人工强制混合作用能够有效降低水体APE指数,破坏热分层结构,促进水体混合.实验结果可为扬水曝气水质改善系统的科学运行提供依据,实现系统人工诱导混合,高效节能的持续改善水质,保障供水水质安全.     

水库垂向1维水温冰盖耦合数学模型研究

寒冷地区水库冰盖的形成对水库大坝安全、电站运行、库区水温水质结构都存在重要影响。为了探讨冰盖对水库水温的影响,基于热力学理论建立了考虑冰盖生消过程的水库垂向1维水温数学模型,实现了对冰气热交换、冰水热交换和水体中的热量输运的精确模拟,得到了室内静水实验的验证。应用结果表明,模型能较好地模拟出水库冰盖的形成、发展和消融过...     

瀑布沟水库水温影响调查

为研究大型水库热力学过程的演变规律,于2012年4月—2013年5月对瀑布沟进行了现场原型观测。基于现场实测资料,采用对比和统计分析的方法,阐述了瀑布沟水库不同季节的水温结构变化规律,以及坝址上下游的热力关系。研究结果表明:瀑布沟库区水温分层等温线呈近似水平线,坝前垂向水温在高温期出现双温跃层现象,冬季库尾段出现冷水下潜现象;与坝址天然水温过程相比,电站下泄水温过程表现出了明显的均化效应和延迟效应,最大降温出现在4月达1.7℃,最大升温出现在12月达3.3℃;由于深层取水,电站下泄水温日过程具有较好的稳定性,取水口对坝前分层水体具有"抽吸"作用。     

瀑布沟水库水温影响调查

为研究大型水库热力学过程的演变规律,于2012年4月~2013年5月对瀑布沟进行了现场原型观测。基于现场实测资料,采用对比和统计分析的方法,阐述了瀑布沟水库不同季节的水温结构变化规律,以及坝址上下游的热力关系。研究结果表明,瀑布沟库区水温分层等温线呈近似水平线,坝前垂向水温在高温期出现双温跃层现象,冬季库尾段出现冷水下潜现象;与坝址天然水温过程相比,电站下泄水温过程表现出了明显的均化效应和延迟效应,最大降温出现在4月达1.7℃,最大升温出现在12月达3.3℃;由于深层取水,电站下泄水温日过程具有较好的稳定性,取水口对坝前分层水体具有“抽吸”作用。     

大型水库帷幕水温分层取水效果研究

为了探索减缓已建水库对下游产生的低温水不利影响的新措施,本文以某已建大型水库为例,开展了不同帷幕布设方式对改善下泄低温水效果的研究。采用立面二维数学模型计算某大型水库坝前垂向水温结构及下泄水温过程,设计了不同遮挡高度、淹没深度及距坝轴线距离等6个帷幕方案,并对各方案的流场及温度场进行了对比分析。结果表明帷幕设置将显著影响库区的浮力流动及垂向温度分布,三种局部遮挡方案下取水口的抽吸作用导致底层低温水体绕过帷幕被较多地引用,均不能有效提高下泄水温,而底部全遮挡方案的设置对提高水库下泄水温效果明显,但同时由于持续取用表层温水,库区水温显著降低。淹没水深应结合取水层厚度确定,当淹没水深与帷幕上层取水层厚度相近时有较好的低温水改善效果。坝前1km范围内帷幕轴线位置对下泄水温的影响不明显。建议水温控制帷幕的设计采用底部全遮挡,本文中底部全遮挡帷幕方案的下泄水温5月~8月较无措施时分别升高了3.4℃、2.1℃、1.1℃、0.4℃,帷幕提高下泄水温效果明显。本文成果可为帷幕分层取水设计提供重要的借鉴。     

磨盘山水库温度场的数值模拟

基于EFDC建立水库水动力学模型进行流场、温度场、浓度场及生态过程的数值模拟是进行水库环境保护、管理及运行的有力工具.以磨盘山水库为研究对象,进行非稳态温度场数值模拟.结果表明:磨盘山水库水温全年均处于分层状态,库表分层现象最为明显,至库底分层减弱,库底水温变化平缓.4月垂向温差较小,6、7月形成表层温跃层,对于垂向传质具有一定程度的屏障作用,至9、10月份出现秋季翻滚,垂向掺混加强,对水质影响较大.因此,水库取水口深度应该随季节调整,丰水期至冬季时段,建议净水厂强化水处理工艺.     

分层水体和障碍物对斜坡异重流运动特性的影响

开展一系列开闸式异重流沿斜坡运动的水槽实验.利用"双缸法"生成线性分层水体,通过高速摄像机记录异重流的发展过程,利用激光粒子图像测速技术(PIV)获取局部流场结构.结果表明:在有障碍物的情况下,异重流的头部速度变化过程为"加速-减速-二次加速-减速";在分层水体中,二次加速达到的最大速度比在均匀水体中约小50%.异重流在越过障碍物的过程中,会在障碍物的上前方出现非常明显的负向漩涡,从而加剧异重流与环境水体之间的掺混与交换,掺混强度随着障碍物高度的增大而增加.水体分层和障碍物的存在均会抑制异重流正向涡度场的发展,其中水体分层的抑制作用更强.     

山区小流域梯级开发的水温累积影响研究

山区小型河流比降大,为充分利用发电水头常采用龙头水库加引水式电站的梯级开发方式。本文通过对西南山区某小型河流的水库以及河道水温年内变化过程的观测,研究龙头水库加引水式电站的梯级开发方式对河道水温过程的累积影响。观测结果表明龙头水库蓄热作用明显,春夏季龙头水库水温分层现象显著,坝前垂向温度梯度为0.15℃/m;坝前取水口对水库上层水体有一定抽吸作用,抽吸高度约8m,下泄水温比取水口中心高程水温高1.3℃;从全年变化过程看,电站下泄水温过程较天然水温过程滞后1个月,3~4月表现出明显的低温水现象,9~12月表现出明显的高温水现象,月均水温最大差异分别为-1.7℃和2.8℃;同时观测结果显示水流经过引水式梯级后水温基本不变,首尾相连的引水式梯级导致龙头水库的下泄低温水较难恢复,春季低温水现象沿程累积增强, 秋冬季高温水现象则沿程有所减缓。     

黄骅港风生流及紊动的三维特性

通过近15年的建设,黄骅港典型的半封闭式港区于2012年基本建成,3条长导堤对流场和紊动能的分布特征影响显著.基于Delft3DFLOW软件建立黄骅港三维潮流数学模型和紊流模型,将已验证的模型与ENE向6、8级风耦合,研究2012年工况下黄骅港风生流及紊动的三维时空分布特征.通过定量分析可得,ENE向风作用下的黄骅港风生流由东南向西北方向运动,对潮流场的影响显著;与无风相比,6级风作用时流速与紊动能的量值、水平分布以及垂向结构的变化较小,但8级风作用时流速与紊动能的水平分布与垂向结构变化显著,紊动能增加近2倍;垂向平均紊动能与垂向平均流速的分布规律基本一致,紊动能在涨潮期间较落潮期间强;在8级风作用时,风应力在水体表层产生的紊动能明显强于底部边界层作用产生的紊动能,可达2.5倍;长导堤环抱港池内的水体流速和紊动能与港池外相比大幅减弱.     

高速铁路双块式无砟轨道车辆荷载动态传递特征

为研究车辆荷载在无砟轨道中的传递特征,建立车辆-双块式无砟轨道耦合动力学模型,对车辆荷载在无砟轨道主体结构内的动应力和振动加速度传递规律进行研究,并对行车速度、结构尺寸及层间接触状态等影响因素进行分析. 结果表明:车辆荷载的主承载区分布在道床板内,垂向动应力峰值在0.1 m深度之内衰减73%;车辆荷载的主振动区主要分布在道床板内并传递至支承层,垂向加速度峰值在0.1 m深度之内衰减89%;轨道结构动态受力及振动响应均随行车速度的增加而增大;适当减少轨道结构宽度,对其受力和振动特性影响较小. 无砟轨道结构层间插入隔离层,可减小轮轨动力响应及轨道结构动态受力,但结构层间垂向加速度明显增大,插入弹性层,可减小钢轨垂向加速度,但对轮轨动力响应、道床板和支承层动态受力及振动特性影响较小. 所得结论可为无砟轨道设计和优化提供理论参考.     

岩溶区河流洪水过程中的碳汇动态变化——以桂林漓江为例

2012-05-08—17期间,漓江先后出现3次洪水,在洪水期间对漓江进行了高频率昼夜监测。发现洪水过程中不同阶段岩溶碳汇具有不同的变化特征,研究表明：Ⅰ和Ⅴ阶段的河流水化学由于基本未受洪水影响,pH、水温和PCO2具有明显的昼夜变化特征,EC、流量和HCO3-则相对较稳定;Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ阶段由于洪水的影响出现了不同的变化特征,其中Ⅳ阶段由于雨后碳酸盐岩的溶解,降雨主要分布于岩溶区及降雨量较小等因素导致Ⅳ阶段流量与HCO3-为正相关,与Ⅱ、Ⅲ阶段相反。利用水化学-径流法计算洪水过程中的碳汇量,碳汇与流量和HCO3-的相关系数分别是0.87和0.33。本次洪水监测期间的碳汇通量为3 491.06 t C,其中洪水过程中的碳汇量是洪水前的4.52倍。     

高压力下界面抗剪强度的试验研究

在 DRS- 1型微机高压直残剪试验系统上进行了建筑砂、标准砂、粉砂和粘土与混凝土界面、金属光滑界面、金属粗糙界面的正交直接剪切试验 .研究结果表明 :在高压力作用下 ,由于颗粒破碎的原因 ,界面的剪切应力 -剪切位移曲线呈现出应变硬化特征 ,与低压力作用下土与不同结构界面的软化剪切特性存在明显差别 .试验数据的正交误差分析和直观分析揭示 ,界面的剪切峰值强度、残余强度与法向压力均呈现线性关系 ,峰值强度、残余强度受法向压力的影响最大 ,其次为土体性质 ,剪切速率和基底粗糙度的影响较小     

孝泉—丰谷构造带须家河组地层水成因分析

孝泉—丰谷构造带须家河组247个水样分析化验测试数据表明,须二、须四地层水垂向分异不明显,具盐水-卤水特点,水型为CaCl2.95.2%的地层水化学组分为Cl-、Na+、Ca2+,Cl-和Na+与TDS相关关系明显.除Mg2+、SO42-外,主要阴阳离子含量均大大超过海水,地层水为典型的深度变质作用的沉积水,其形成是经浓缩盐化、正向变质作用的结果.同沉积地层水研究表明,须二为海相砂泥岩互层沉积盐水,须四为海陆混合水.NaCl和CaCl2是地层水体的主要组成形式,地层水整体表现为Na+相对海水亏损,而Ca2+相对海水富集,方解石化作用明显,盐岩溶解和海水-盐岩蒸发作用较弱.斜长石、钠长石化是最主要的水-岩相互作用方式,Na+和Ca2+离子遵守2:1交换原则.研究区脱硫酸作用不明显.     

陡坡河段变动回水区推移质运动特性的试验研究

基于物理模型试验,探讨典型河段变动回水区推移质的运动特性,分析在库水位消落及来流增大过程中,淤积体平面形态及淤积体推进轨迹变化等特性。试验结果表明,由于河段比降较大,水库回水尖灭点上下游呈现不同的流态,从急流变为缓流的过程中,输沙能力会陡然下降。在库水位消落过程中,保持上游来流不变,泥沙淤积体输移的距离大致与水库回水尖灭点前行的距离相当,且下游水位降至875 m时,淤积体在河道湾顶附近被水流切割分成上下两部分,两级淤积体间泥沙颗粒级配差异较为明显,反映出水流的分选作用。在来流增大过程中,当推移质来沙量不变时,保持下游库水位不变,增大上游来流量,推移质淤积体向下游推进的幅度相对较小,表明研究河段变动回水区内的推移质运动受下游回水作用影响较大。对于陡坡性变动回水区,在给定上游来沙总量的前提下,泥沙淤积体前沿的推进幅度主要受到库水位降低的影响,而受上游流量的影响相对较小。     

含水砂岩顶板巷道失稳破坏特征及分类研究

运用理论分析、实验室试验和现场实测方法,研究了宁东煤田主采煤层含水砂岩-水相互作用下物理力学性质及巷道顶板变形破坏特征,提出了富水巷道的内涵并对其进行了分类,阐述了分顶控制的基本思路.结果表明:含水砂岩分为粗粒泥质长石砂岩和中粒泥质长石岩屑砂岩,且在水作用下,含水砂岩破坏形式发生了变化,从干燥状态下沿岩样轴向的拉张破裂向端面碎裂破坏过渡;含水砂岩顶板巷道呈现以软弱岩层扩容变形和含水砂岩离层为主的分阶段变形破坏特征,含水砂岩浸水后强度迅速降低,富水巷道分为第Ⅰ,Ⅱ类富水巷道.     

辽河西部凹陷欢喜岭地区沙河街组沉积特征及其演化

在充分利用岩芯、录井、测井等相关资料的基础上,总结辽河西部凹陷欢喜岭地区沙河街组的沉积相类型,首次提出运用相对单因素综合作图法来绘制各沉积时期的沉积相平面图,综合探讨了沙河街组的沉积特征及空间沉积演化规律。结果表明:欢喜岭地区沙河街组主要发育扇三角洲相、湖底扇相、滨浅湖相和半深湖—深湖相4种沉积相类型;扇三角洲砂体为欢喜岭地区主要的储集砂体,在沙河街组沉积时期持续发育,主要发育于盆地缓坡部位;湖底扇主要发育在SQ3和SQ4沉积时期,主要分布在广阔的半深湖—深湖环境内;相对单因素综合作图法可以弥补传统的沉积相作图方法精度低的不足;沙河街组的沉积相垂向演化的旋回性明显,自下而上分为两个水进旋回,分别为SQ2～SQ5沉积时期和SQ6、SQ7沉积时期;每个水进旋回初期,盆地构造活动相对较弱,水体较浅,扇三角洲沉积广泛发育,湖底扇沉积规模较小;每个水进旋回中后期,盆地构造活动强度大,湖盆水体加深,扇三角洲规模减小,而湖底扇沉积规模明显扩大,形成非常有利的储集砂体,在研究区广泛发育,是研究区深层勘探的有利目标之一。     

挺水植被影响下滞水区水流结构与泥沙落淤

天然河道中坝田滞水区的低速环流特点能够促进泥沙淤积,延长营养盐滞留时间,为水生植物提供良好的生长环境。关于滞水区水动力学的研究已有诸多成果,然而植被影响下的滞水区流场分析却鲜有报道。本文采用模型试验研究了挺水植被作用下滞水区水流结构与泥沙落淤问题,其中在清水条件下采用粒子图像测速法测量了流场结构,在浑水条件下采用拍照、称重以及粒度分析等手段调查了淤沙现象。试验结果表明,植被群落可以削弱滞水区环流速度,并造成环流模式发生变化,即从无植被条件下的双环流结构调整为有植被条件下的单环流结构;另外,植被会抑制混合层拟序涡的发展,导致涡体尺寸明显减小。由于丁坝群的连续挑流作用,主渠泥沙主要以细颗粒悬移质形式进入滞水区,包括两种途径,一种是跟随环流结构进入空腔,另一种是跟随交界面紊动涡体扩散到空腔。由于泥沙运动受制于水动力特性,无植被与有植被两类工况水流结构的不同会导致滞水区淤沙结果存在一定区别,即同等历时内,无植被滞水区的淤沙颗粒粗,落淤质量大,淤积物主要集中在主环流区域,而在植被化工况中,植被群落的约束作用会降低Kelvin?Helmholtz剪切层摆动强度以及抑制空腔-主渠之间的水体交换过程,导致滞水区泥沙颗粒细,淤沙少,淤积物几乎均匀地分布在整个滞水区。这些差异在上游滞水区（即水力特性沿程发展的过渡阶段）体现地尤为明显。