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.     

曝气促进溶解氧过饱和水体恢复的试验研究

天然水体由于高坝泄水、气温骤升、光合作用过强等可能出现溶解气体(溶解氧和总溶解气体)过饱和,致使鱼类患气泡病甚至死亡。为探讨溶解气体过饱和水体的高效恢复技术,本文设计开展了不同曝气量、曝气深度、曝气孔径条件下的曝气试验,结果表明曝气对过饱和溶解氧释放的促进效果显著,在曝气量为3.0 m3·h-1情况下,释放系数为0.4844 min-1,约为未曝气工况释放系数0.00016 min-1的3000倍。过饱和溶解氧释放速率随曝气量的增加、曝气深度的降低、曝气孔径的减小而增加,并在此基础上建立了特定孔径下,过饱和溶解氧释放系数与曝气量和曝气深度的定量关系式。该研究为探讨利用曝气加快过饱和DO释放提供了科学依据,并为过饱和溶解气体影响的减缓措施研究提供了新思路。     

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.     

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。     

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。     

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.     

膜进样质谱仪法在测量水体中过饱和溶解氮气的应用研究

高坝泄洪会导致水中溶解气体过饱和,使鱼类患气泡病甚至死亡。为探究大坝泄洪条件下,真实水体中的过饱和溶解氮的生成及其随泄洪条件的时空变化规律,利用膜进样质谱仪开展向家坝水电站泄洪条件下溶解氮的测量。结果表明,野外条件下采样运输过程中溶解气体的释放损失,导致膜进样质谱仪测量得到的溶解氮含量比通过利用总溶解气体和溶解氧的现场实测值计算得到的溶解氮含量低;利用质谱仪测量得到的溶解氮测值与总溶解气体测值之间同增的趋势性较好,但溶解氮测值与溶解氧测值之间相关关系较差。总结下来,向家坝电站泄洪导致坝下溶解氮、溶解氧和总溶解气体均达到过饱和,溶解气体饱和度在横向上基本均匀分布;受上游溪洛渡泄洪影响,向家坝坝前仍保持一定程度的溶解气体过饱和,并在垂向上表现出不均匀分布;泄洪生成的溶解气体饱和度随泄洪流量的增大而增大。为保证测量精度,建议原位开展测量,避免采样后长距离运输造成溶解气体的损失;在测量条件不满足的情况下,建议测量总溶解气体和溶解氧后进行溶解氮值换算。