结构变化对鱼道水力学特性的影响

除了鱼池长宽比、隔板墩头和隔板结构的改变会对鱼道的流速、流态等水力学特性指标产生影响之外,底孔和坡度等对流速和流态的影响也不能忽视。为了研究底孔和坡度对鱼道的流速、流态等水力学特性指标产生的影响,采用标准k-ε湍流模型对不同工况的鱼道进行了数值模拟计算。研究表明:竖缝式鱼道的最大流速一般出现在竖缝附近,并且对于竖缝处的测点,一般是底层流速更大;增加底孔会降低竖缝处的流速,但底孔处流速偏大;放缓坡度一半时,竖缝处平均流速会降低约20%以上,因此就流速而言,放缓坡度会降低鱼道中的流速,从而对鱼类洄游有利。本实验不仅验证了此次数值模拟计算结果的可靠性,也直观地将鱼道流态清晰展示出来。     

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。     

溪洛渡水库分层取水下近坝区浮力流三维数值模拟

为研究溪洛渡水库分层取水下近坝区的浮力流特性及下泄水温影响要素,利用计算流体力学软件FLOW-3D建立了计入浮力影响的三维水温及水动力耦合模型,模拟了溪洛渡水电站不同流量、取水深度及垂向水温分布情况,分析了溪洛渡下泄水温、主流层及叠梁门前流场变化规律,进而提出计算下泄水温经验公式,并结合实测数据进行验证。研究表明,主流层范围会受分层强度、流量及叠梁门高度影响;取水口前最大流速位置仅与叠梁门上缘高程及取水口底板高程有关;下泄水温受取水深度影响最大,所提经验公式拟合效果较好。研究结果可为类似工程提供参考。     

Heat transfer at ice-water interface under conditions of low flow velocities

The heat transfer at the ice-water interface is closely related to the hydrodynamic and physical properties of the water body.It affects the ice cover thickness and the water temperature underlying the ice cover.This paper studies the heat transfer from the water to the ice cover.Based on the flume data,a linear relationship between the ice-water heat transfer coefficient and the flow velocity beneath the ice cover is established and the calculated dimensionless ice-water heat transfer coefficient is 1.1×10-3.This empirical relationship can be applied to estimate the ice-water heat transfer of reservoirs,lakes and other freshwater bodies when the flow velocity under the ice cover is in the range of 0.024 m/s-0.110 m/s.     

丰满大坝重建期间雾凇岛冬季水温冰情监测分析

为探讨丰满水库重建期间冬季低水位运行对雾凇岛水温冰情的影响,于2013~2016年冬季(12月~次年2月)长期监测水库下泄水温和坝下70km处雾凇岛水温,同步在每年水库冰封期(2月)监测坝前垂线水温。观测结果表明,与2013年高水位相比,2014~2016年冬季低水位运行引起下泄热流量减少了50%,雾凇岛水温降低了0.9℃;库区运行水位差异对雾凇岛水温的影响程度大于气象对雾淞岛水温的影响程度;低水位运行下雾凇岛明流面积减少了38%,其末端至上游河段最远封冻距离平均增加了17.14km,封冻断面出现时间变长。研究成果可为类似工程提供参考。     

流域水电梯级开发水温累积影响特征分析

采用立面2维水温模型,以金沙江下游梯级水电站为例,对各梯级水库的水温分布及变化过程进行了数值模拟。计算结果揭示了梯级水电站水温累积影响的3大特征,即下泄水温延迟效应、平坦化效应和库内水温的同温化效应。研究结果还表明:联合调度时,梯级下泄水温的延迟效应和平坦化效应随梯级数量增加而强化,但其强化趋势趋缓;下游梯级库区水温同温化现象显著,库区在升温期垂向温度梯度和全库温差减小明显,下层过渡层和温跃层基本消失,库底同温层厚度扩大。     

Modeling of thermodynamics of ice and water in seasonal ice-covered reservoir

A width-averaged 2-D numerical model for simulating vertical distributions of flow and water temperature in reservoirs with an ice cover is developed. In this model, the 2-D flow and water temperature distributions are solved by the finite volume method with the k-? turbulent model. The heat conduction in the ice cover is modeled by the vertical heat transfer and the heat exchanges through the air-ice and ice-water interfaces. The model is applied to a 153 km long reservoir in Songhua River and the simulated results are in a good agreement with the field data of both the vertical water temperature and the ice thickness. The simulated results show that the ice cover thickness in the reservoir is not uniform, the maximum thickness appears in the middle reach, the outflow temperature has an obvious variation as compared with the natural temperature, and a buoyant flow occurs in the reservoir surface at the freeze-up and break-up periods. The model can effectively simulate the water temperature and the ice conditions of large reservoirs in cold regions.     

热带地区水库水温分层特性研究

为探讨热带地区水库水温分层特征,采用垂向一维水温数学模型对海南省南渡江干流某拟建大型水库开展了水库垂向热分层结构和下泄水温过程研究,并探讨了叠梁门分层取水措施对低温水的改善效果。研究结果表明:①受水库湖泊特性和气候特征影响,海南热带地区水库水温总体也呈现随季节变化的分层结构,在冬季水温趋于同温,夏季水温分层逐渐加强且显著,年内垂向最大温差可达11.8℃,由于海南主汛期为9～10月,汛后水库蓄热能力明显减弱。②水库下泄水温呈现低温水明显、高温水较弱的规律,最大降幅9.7℃,最大升幅仅为1.0℃。③叠梁门分层取水措施的运用,加强了水库垂向分层状态,对低温水的改善效果显著,最大低温水影响降低为2.3℃。     

电站下游河道的纵向1维冰情模拟

电站下游河冰演变过程涉及水库调度、热力、水力、风力、地形以及冰水物理性质等众多因素,且彼此相互联系、相互制约。为模拟电站下游河道冰清,本文通过分析电站下游河冰生消演变的物理过程,建立了适用于电站下游河道水温冰情预测的纵向一维水动力学、水温与冰情耦合的数学模型,采用丰满水库下游河道水温冰情原型观测成果对模型进行了参数率定与验证,结果显示该模型能较好地模拟出电站下游零温断面和封冻断面受流量、水温及气象影响下的变化过程,同时模拟出河道的封冻过程及冰厚的增长过程,并与实测成果符合较好。     

鱼类产卵场水力生境指标体系初步研究

鱼类产卵场是鱼类栖息地中重要且敏感的场所,其独特的水力特性对鱼类繁殖过程具有重要的生态学意义。构建鱼类产卵场水力生境指标体系是准确、全面描述鱼类产卵场水力特性的基础。本文从流体力学的角度出发,将鱼类产卵场水力特性分为几何形态特征、水体运动学特征及水体动力学特征三个层面;结合各指标对鱼类产卵的生态学意义,提出包括水深、流速、流速梯度、涡量及动能梯度的指标层。以长江上游特有鱼类齐口裂腹鱼产卵场为例,进一步验证了各水力学指标的代表性,结果表明,齐口裂腹鱼产卵河段各水力学指标分布规律与非产卵河段有显著差异。在此基础上,构建了鱼类产卵场水力生境指标体系。