五种过闸流量计算方法在槐店闸的适用性及改进的杜屿公式精度分析

根据淮河流域沙颍河上的槐店闸2003～2012年观测资料，采用传统水力学公式、亨利公式、杜屿公式、儒可夫斯基公式、考虑下沿形式等五种公式计算了该闸过闸流量，比较了各公式的适用性，发现杜屿公式适用性最好。为进一步提高杜屿公式的计算精度，调整了杜屿公式中流量系数μ0与闸门开度e/闸孔水头H之间的关系，采用最小二乘法原理，利用Matlab软件实现对μ0的三阶多项式拟合，从而获得了改进的杜屿公式。用改进后的杜屿公式重新计算过闸流量值，并与传统水力学公式、亨利公式、儒可夫斯基公式、考虑下沿形式公式进行比较，结果发现改进后的杜屿公式的相对误差均有所减少；与改进前的杜屿公式相比，改进后的杜屿公式相对误差、平均相对误差、变差系数有所减小。实践证明，改进后的杜屿公式精度有所提高，对槐店闸过闸流量调度有重要借鉴作用。     

闸控河段水质多相转化机理与模型研究

由于修建闸坝等水利工程对河道内水流、悬浮物、底泥等具有强烈的扰动作用,闸控河段水质转化过程呈现出多介质、多相态、多形式的特点。基于水质多相转化机理,分析了不同调度方式下闸控河段的水质迁移转化特点;提出在"水体-悬浮物-底泥-生物体"界面内开展水质多相转化研究的总体思路,推导了能有效描述各种相态水质之间传质过程的数学表达式,进而构建了具有一定物理机制的闸控河段水质多相转化模型,为客观认识水闸调度在水资源保护中所起的作用提供科学依据。     

水闸调控对河流水质—水生态过程影响研究

为探求水闸调度对河流水质-水生态过程的驱动作用和浓度变化规律,以沙颍河干流槐店闸为例,基于MIKE 11模型平台构建了闸控河段水质-水生态数学模型,模拟分析了不同水闸调度情景下水体中化学需氧量、溶解氧、总磷(TP)、总氮(TN)和藻类(PCY)的变化,对比分析了水闸上游Ⅳ断面和下游Ⅴ断面TP、TN和藻类的模拟结果。结果表明,在不同水闸调度情景下,河流的水位、流量等水动力条件发生变化,使得水体中营养物质的浓度也发生变化,从而影响藻类生长,使其呈现不同的变化趋势,说明可通过改变水闸调度方式对河流水质—水生态过程产生影响。     

闸控河段水质转化机制研究Ⅰ:模型研制

从闸控河段水环境系统的复杂作用机理出发,提出在"水体-悬浮物-底泥-生物体"界面内开展水质多相转化研究的总体思路。综合运用环境水力学、吸附-解吸动力学、水生生物生长动力学等理论,推导了描述各种相态水质成分之间传质过程的数学表达式。以MIKE 11模型为基础,建立了具有一定物理机制的闸控河段水质多相转化模型。结合2013年4月和2014年11月两次槐店闸调度影响实验数据,对水动力学模型和水质多相转化模型进行了参数识别和验证,并对实验期间溶解相和悬浮相物质的转化规律进行了分析。结果发现:水流流速和闸门调度方式对闸上和闸下断面各相水质浓度变化均有显著的影响,且闸门调度方式变化越频繁,水质多相转化越复杂。     

闸控河段水质转化机制研究Ⅱ:主导反应机制

根据前文提出的闸控河段水质多相转化模型,设置不同的水闸调度情景,进一步开展在不同水闸调度情景下的水质浓度数值模拟;引入"贡献率"的概念,定量评估水闸调度在水质多相转化过程中所起的作用大小,分析水闸调度对水体中各种反应机制的驱动作用,识别其中的主导反应机制。通过分析发现:水闸调控对水质多相转化的贡献率随着闸门调度方式的改变而变化,且水质转化表现出不同的主导反应机制;当闸门维持小开度放水时,吸附、沉降等作用的主导性显著增强,而闸门维持大开度放水时,解吸、再悬浮等作用主导性显著增强;不同反应之间的主导性强弱在闸门调控方式的改变下交替变化。