叠梁门分层取水对下泄水温影响的分析方法研究

通过监测数据分析，叠梁门运行对下泄水温影响会受边界条件年际变化和仪器误差等同量级因素干扰，难以准确得出叠梁门的实际运行效果。针对该问题，研究提出了通过分析叠梁门调度前后机组水温变化的方法来分析叠梁门运行效果，以溪洛渡水电站为研究对象进行方法论证。结果表明，该方法的有效性在溪洛渡水电站上得到了合理验证，可为叠梁门实施效果评估引入新角度和新方法。     

向家坝水电站下游水温变化分析

为明确溪洛渡—向家坝水电站联合运行对下游河道水温的影响,基于向家坝下游主要水文站长序列水温监测资料、电站蓄水资料,对向家坝下游河段水温变化趋势和河段梯级建设水温影响进行了统计分析。结果表明,溪洛渡、向家坝联合运行使向家坝站水温4月~9月降低了0.4~1.8℃,11月~次年1月升高了1.2~2.2℃;升温期朱沱站—华弹站水温温差降低了0.2~1.0℃,寸滩站—华弹站水温温差降低了0.4~0.7℃,其余月份均无明显变化。可见,该影响虽可延续至三峡库尾寸滩站,但已有明显削弱。     

水库出库水温影响规律研究

基于溪洛渡、向家坝、东江、三板溪及其他多座水电站实测数据及历史资料,对各水库出库水温和天然河道水温情况进行了分析研究,不同类型水库的多样本研究为水库出库水温和水电工程对河道影响的研究提供了重要的数据支撑,对深入认识出库水温影响规律具有重大意义。研究结果表明,水电工程修建后,下游河道中水体会出现春夏季降温、冬季升温、水温年变幅“扁平化”、相位推迟的现象。春夏季降温范围多在2~6℃之间,且与α值呈现较明显的对数递减关系;冬季升温幅度多在3~7℃之间,且与α值呈负相关关系;建库前后水温年变幅差值范围多在2~8℃之间,且与α值呈现较明显的对数递减关系。     

齐口裂腹鱼趋流行为的水力学特性研究

过鱼设施的过鱼效果取决于能否准确理解鱼类洄游、集群行为与水力学特性之间的响应关系,能否确定洄游路线和集群区域。以西南山区河流特有的齐口裂腹鱼为例,采用Acoustic-Doppler Velocimeter测得试验水槽的流速分布,利用视频捕捉系统获得试验鱼的运动轨迹,将试验鱼的运动轨迹与不同水力因子(流速、紊动能、流速梯度)进行耦合,定量分析齐口裂腹鱼洄游、集群的水力学特性,并研究了与特定水力因子的相关性。结果表明,齐口裂腹鱼上溯运动过程中,水流方向及流速梯度体现了鱼的趋流特性,决定了鱼的上溯运动方向,而对于局部空间内鱼的游泳运动行为,紊动能也是直接的水力影响因子。这为鱼道进口位置的布置提供了科学依据。     

地形变化对异重流运动规律影响的数值模拟

研究库区受地形影响的泥沙异重流运动规律对水库调水排沙具有重要意义。通过建立三维水动力学和泥沙耦合模型,并采用紫坪铺原型观测资料对其进行验证,利用模型分析紫坪铺水库地形变化对异重流运动规律的影响。结果表明,汛期水库来流入库后形成异重流,在流经突扩断面时,异重流含沙量、流速及前锋厚度均变小;而流经突缩断面时均变大。当异重流遇到障碍物时产生雍水,流速和含沙量先减小,再增大,最后减小;厚度先明显减小,在障碍物底部又增大。此外,异重流淤积集中在滑坡体上游河段,淤积最严重区域为库区入口至寿溪河汇口处。研究成果可为库区调水调沙计划制定提供参考。     

低含沙量异重流运动规律及其对水温分布的影响

当挟沙水流进入清水时,在特定的条件下会潜入底部向前运动,形成浑水异重流。水库水温分层使得水体密度在垂向出现差异,低含沙量浑水形成的异重流与周围水体密度接近,因而在运动过程中会受到垂向温度分层的干扰。浑水异重流是泥沙运动的特殊形式,还可能改变环境水体的温度,是水库调水调沙必须考虑的因素。该文应用水槽试验结合数值模拟,探究了水温分层条件下低含沙量异重流的运动规律及其对水温分布的影响。结果表明,异重流潜入点处形成回流,交界面以下含沙量以均匀梯度增加,前锋运动速度沿程不变;中层异重流不改变水温分布,而底层异重流则会对水温结构造成破坏,使得水温分布由分层型转变为混合型。     

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。     

地形突变条件下异重流运动失稳规律

由于目前异重流失稳研究相对匮乏,而其研究又对延长水库寿命和优化调度运行具有重要意义。采用Mike3建立三维异重流数学模型,包括水动力学模型、紊流模型和泥沙输移扩散方程,并采用水槽试验对该模型进行验证,结果表明异重流泥沙质量浓度分布实测值与模拟值吻合良好。以紫坪铺水库为例,采用该模型研究了异重流在地形突变条件下的运动失稳规律,分析水库底部障碍物和断面突扩对异重流运动规律的影响,得出这两种情形下的异重流失稳判别条件。底部障碍物情形的失稳判别条件为:(1)异重流运动速度减缓;(2)异重流中泥沙质量浓度降低;(3)前锋及异重流厚度减小。断面突扩情形的失稳判别条件为:(1)异重流运动速度减缓;(2)异重流中泥沙质量浓度的垂向分布由类似抛物线分布变为类似对数分布;(3)异重流厚度减小。     

浊度型清浑水交界面识别方法及其在水库异重流观测中的应用

针对传统异重流观测方法不利于对异重流进行实时追踪的问题,基于浊度型清浑水交界面的概念,提出浊度型清浑水交界面识别方法,并将其应用于紫坪铺水库汛期浑水异重流观测。该方法利用浊度值突变能判定异重流交界面位置,利用浊度型清浑水交界面描述异重流前锋厚度和浓度外边界线,并将异重流交界面位置确定在1.2～3.5 m厚的水层内,同时还分析了地形变化对异重流运动规律的影响。异重流原型观测结果表明,浊度型清浑水交界面识别方法可以作为水库汛期监测异重流的有效手段。