大渡河过饱和溶解气体原型观测研究

高坝泄洪会导致水中的总溶解气体（TDG）过饱和,其不利影响会持续较长范围,可能导致下游鱼类患气泡病甚至死亡。随着大量高坝的建成运行,这一生态环境问题更受关注。基于对大渡河水电站A三年的过饱和TDG原型观测数据,分析过饱和TDG生成释放的影响因素及其作用规律,并开展泄水方式优化的分析讨论。结果表明,不同的泄洪建筑物泄洪生成的过饱和TDG差异较为显著,深孔泄洪生成的饱和度水平高于泄洪洞泄洪生成水平;TDG饱和度生成值与泄洪流量成较好的正相关关系,而与下游水位的关系并不显著;初始饱和度的高低影响单位距离TDG饱和度降低值的大小;水深是影响过饱和TDG释放的重要因素,水深越小的河段释放系数越大。基于三年原型观测数据的分析结果,进一步提出水电站A过饱和TDG生成预测模型,并对汛期的大坝泄洪调度提出减缓过饱和TDG影响的优化建议：当流量小于泄洪洞泄洪能力（1384 m3﹒s-1）时,采用泄洪洞泄洪;当流量大于泄洪洞泄洪能力且小于2600 m3﹒s-1时,采用单深孔与泄洪洞联合泄洪,可将生成的TDG饱和度控制在129%以下。多年期的原型观测研究丰富了高坝泄洪过饱和TDG的原型观测成果,为进一步探究过饱和TDG机制和TDG减缓措施提供重要基础数据和技术支撑,对水电开发河流的水生态保护具有一定意义。     

高坝过鱼设施集诱鱼进口水力学条件数值模拟与模型试验研究

集诱鱼设施是高坝过鱼设施的关键组成部分,其进口位置的水力学条件决定了过鱼设施的过鱼效率。为了寻找河道中满足集诱鱼设施进口水力学条件的区域,本文以某高坝工程为例,根据相关调查结果,确定了7种过鱼对象,提出了集诱鱼进口所需要满足的2种水力学条件,即流速范围为0.41～1.00 m/s,紊动能范围为0～0.04 m~2/s~2。采用标准k-ε紊流模型和VOF方法追踪自由液面,对过鱼季节不同机组运行条件下尾水下游1 km河道范围进行了3维紊流数值模拟,来研究河道中紊动能和流速的空间分布,并通过比尺为1:50的物理模型试验验证了数值模拟的合理性。结果表明,不同机组运行条件下主流靠左岸一侧均存在上溯通道,河道左岸紊动能均小于0.04 m~2/s~2;从流速分布来看,满足流速条件的区域面积分别为35 732、22 659、12 201 m~2;在河道左岸存在面积为1 354 m2的区域在不同机组运行条件下能够同时满足紊动能和流速2种水力学条件,该区域能产生良好的集诱鱼水流,集诱鱼效果较好,即集诱鱼进口适宜布置该区域内。     

原型观测法在确定九龙滩水库污染物降解系数中的应用

为了确定水体的降解能力,进行九龙滩电站库区枯水期水质原型观测,结合水质采样和室内试验计算得到库区特定断面的BOD5、COD Cr、NH3-N等水质因子的浓度分布,并采用3种断面特征浓度值计算各水质因子的沿程降解系数。计算结果表明:按断面中垂线水面浓度值和断面浓度均值计算的平均降解系数比较接近,而按水面浓度均值计算的结果偏差较大;当采用原型观测法确定类似沿程无支流及排污口汇入的低坝径流式电站库区水体的降解系数且观测断面较多时,为提高工作效率,在先行验证的基础上,可以仅采集断面中垂线水面处的水样进行分析与计算。     

高坝下游过饱和TDG释放过程研究

随着越来越多高坝工程的建成运行,伴随高坝泄水出现的溶解气体过饱和问题及其对鱼类的影响问题愈益突出.本文结合我国已建高坝泄水,开展了高坝下游总溶解气体(TDG)过饱和释放过程原型观测研究,表明高坝下游过饱和TDG的释放过程与水体紊动强度、水深、压强等有直接关系.利用原观结果对已有释放模型进行了验证和参数率定,修正了其中释放系数的估算公式,并采用此模型预测得到了金沙江某电站下游河段TDG沿程释放规律.结果表明在大江大河上,由于水深大,过饱和TDG释放相当缓慢,因此对鱼类的影响较小型河流大.     

重力坝结构模型试验研究

某水电站枢纽非溢流重力坝坝段的结构模型试验，主要研究了水工建筑物——重力坝在正常工作状态下的结构性态，即在设计荷裁作用下的应力和变形状态。并在此基础上进行了大坝的超载破坏试验，分析研究了重力坝坝段的极限承载力和安全度，以及在超载过程中的变形破坏机理，为重力坝的设计和安全运行提供了参考依据。     

河流交汇分离区特性研究

该文采用k-ε双方程模型模拟流场,选用VOF模型模拟自由面,依据物理实验条件对交汇式河流进行了三维数值模拟,成功模拟出了分离区的出现、分离区的几何尺度、交汇区域的水位变化等现象.数值模拟结果与应用声速多普勒流速仪(ADV)测量的试验结果吻合较好.研究表明:在汇口下游主流右侧出现分离区,分离区流速较小甚至出现回流现象,分离区的形状随着入汇角的减小而变得狭长,分离区的尺寸随着入汇角度和汇流比的增大而增大.本模型不仅对排污口的设计、河道治理等具有重要指导作用,还可进一步用于研究交汇区域的污染物扩散.     

鱼道内过饱和总溶解气体释放规律的试验研究

随着梯级电站的建成运行,总溶解气体（total dissolved gas,TDG）过饱和对鱼类的不利影响受到广泛关注。TDG过饱和水流在库区内的释放速度十分缓慢,上游梯级泄水的不利影响通常会持续到下一梯级坝前。鱼道是恢复河流连通性的重要手段,也是鱼类可能集中分布的区域,TDG过饱和的库区水体作为补给来源可能对通过鱼道的鱼类造成不利影响。本文以自主设计的鱼道型式作为试验水槽,设计开展了不同流量条件下的过饱和TDG输移释放过程试验研究,并根据试验条件开展数值模拟计算,反算得到各条件下的释放系数。结果表明水深是影响过饱和TDG释放的重要因素,过饱和TDG的释放系数随着水深的增大而减小,释放系数与流速、紊动动能、紊动动能耗散率间单因子关系不显著。另外,鱼道复杂的挡板结构使水流流程增长,增加了过饱和TDG释放时间,与无挡板的顺直水槽相比,鱼道内过饱和TDG的释放速度显著提高。该研究为探讨过饱和TDG对过鱼通道内鱼类的不利影响的预测提供参考,同时复杂结构促进过饱和TDG释放的成果也为减缓TDG过饱和不利影响的措施研究提供新思路和参考。     

Experimental and field study on dissipation coefficient of supersaturated total dissolved gas

The elevated supersaturation of total dissolved gas （TDG） downstream of a high-dam spill has deleterious effects on fish in a large range. A one-dimensional （l-D） longitudinal model is optimal for the prediction of supersaturated TDG dissipation over a long distance. The key issue of the model is to determine the dissipation coefficient accurately. In agreement with field observations and experiment data, dimensional analysis and regression were performed to propose a formula for estimating the dissipation coefficient of supersaturated TDG in various rivers and reservoirs, and it involves the effects of the turbulence intensity, the hydro-pressure and the solid-liquid interface. The friction velocity, water depth, hydraulic radius and Froude number are independent variables in the formula which are easy to determine in practical applications. The 1-D longitudinal model is implemented to calculate the dissipation of TDG in a reach of the Jinsha River. Good agreement is found between the calculated results and field data for both the dissipation coefficient and the dissipation process.     

总溶解气体渐变饱和度下齐口裂腹鱼的耐受特征

高坝泄水产生的总溶解气体（total dissolved gas,TDG）过饱和会使下游鱼类患气泡病甚至死亡。为减缓TDG过饱和对鱼类的影响,有必要探究河流中鱼类对TDG过饱和的耐受性。针对河道中TDG过饱和变化特征,以长江上游特有的齐口裂腹鱼为研究对象,通过室内试验开展了TDG过饱和恒定胁迫和TDG过饱和渐变式胁迫下齐口裂腹鱼的耐受性研究,并利用半致死时间评价试验鱼在各工况下对过饱和TDG的耐受性,利用生存分析方法来分析不同试验工况结果的差异性。结果表明：齐口裂腹鱼在TDG饱和度维持在120%下胁迫24 h,其半致死时间为27.7 h;在TDG饱和度时均值相近的情况下,受TDG过饱和110%～130%渐变式胁迫24 h试验鱼的半致死时间较TDG过饱和120%恒定胁迫24 h降低58.2%,而先承受115%TDG过饱和胁迫72 h后,再经历110%～130%渐变式胁迫24 h的试验鱼较TDG过饱和恒定胁迫24 h降低了72.5%;低水平TDG过饱和胁迫对齐口裂腹鱼具有一定的损伤作用,与健康试验鱼直接进行110%～130%渐变式胁迫24 h相比,先经历115%TDG过饱和胁迫72 h后再受TDG过饱和渐变式胁迫24 h,试验鱼的半致死时间降低25.4%;齐口裂腹鱼在TDG过饱和恒定胁迫和TDG过饱和渐变式胁迫下均会患气泡病,症状以胸鳍气泡、背鳍气泡、尾鳍气泡较为明显。研究揭示了TDG过饱和渐变条件下齐口裂腹鱼的耐受性和气泡病特征,有助于下一步开展水库生态调度优化方案研究及鱼类受TDG胁迫的气泡病响应研究。     

含沙水流深层排放入海的浮力射流模拟

为准确评价污水深层排海对环境水域的影响,开展深水排海的数值模拟预测研究具有重要意义。建立考虑泥沙和盐度差引起的浮力射流影响的3维泥沙和盐度输移扩散的RNG κ-ε紊流模型,通过室内机理试验对模拟流场和盐度场进行了验证,模拟结果和试验结果符合较好;利用该模型对低盐度含沙水流排入某海域后的水力特性以及盐度和含沙量扩散对环境水体的影响进行模拟预测。结果表明：含沙的淡水水流排入海水后由于密度差而呈现出上升的浮力射流的特征,射流轴线在垂向上呈抛物线形态;浮力射流到达水面后,以该点为中心,呈蝴蝶型形状向四周扩散,污染带平面范围逐渐增大,影响范围内盐度持续减小,含沙量持续增加;污染带在开始时段扩散速度较快,随着掺入水体的影响范围加大,污染带边界向四周推移的速度逐渐放缓。