玛尔挡水电站泄洪雾化数学模型研究

玛尔挡水电站地处高山峡谷地区、两岸岩体地质情况较差,挑流泄洪雾化可能对两岸边坡及交通安全产生不利影响。为准确预测泄洪雾化水流的影响范围和程度,结合蒙特卡罗方法考虑环境风和地形因素的随机喷溅数学模型,对玛尔挡水电站在水舌风和汛期最不利自然风两种情况下3个典型工况的雾化情况进行了计算和分析。研究结果表明:泄洪雾雨主要沿边坡竖向爬升,只考虑水舌风时,下游雾化降雨范围最远到达坝下1 021 m,横向左扩散至3 190 m高程,横向右扩散至3 160 m高程。水舌风和自然风共同作用时,各泄洪组次雾化范围沿自然风向偏移,左右岸影响范围收窄。根据暴雨分布范围,建议适当增加下游两岸边坡的防护长度和高程。雾化降雨对省道S101没有影响,但左岸导流洞出口导墙段区域和右岸进厂交通洞口位于薄雾降雨区,泄洪时应禁止通行。     

挑流泄洪雾化降雨的模糊综合评判方法

根据鲁布革水电工程１９９２年泄洪雾化原观资料，由模糊数学理论分析，提出了挑流泄洪雾化降雨的模糊综合评判模式和评判方法，可用于分析和预测雾化降雨强度和影响范围。     

挑流泄洪雾化降雨的模糊综合评判方法

根据鲁布革水电工程１９９２年泄洪雾化原观资料，由模糊数学理论分析，提出了挑流泄洪雾化降雨的模糊综合评判模式和评判方法，可用于分析和预测雾化降雨强度和影响范围。     

基于CFD的挑流泄洪雾化特性研究

针对泄洪雾化影响范围不易采用数学模型直接模拟的问题,以某高坝电站泄洪为研究对象,先采用三维数学模型计算挑流水舌入水流速、入水角度等水力特征值,再基于此特征值选用原型观测校正后的计算公式预报泄洪雾化范围,并通过物理模型试验对计算结果进行验证分析。结果表明,受比尺效应影响,物理模型试验预测的雾化影响范围小于公式计算的范围,但两者的变化趋势一致;雾流受惯性力和水舌风作用,沿水舌轴线做爬坡运动,与原型观测现象一致;受出口挑流影响,泄洪雾化影响集中在水舌落入点的下游,而水垫塘上游、右岸降雨强度较小,影响范围有限。     

基于泄洪雾化影响的白鹤滩水电站坝身泄洪调度方式研究

针对高坝工程泄洪调度方式的雾化影响问题,提出一种改进的泄洪雾化数学模型。该模型可综合反映水舌入水条件、气象条件及河谷地形的影响,并通过小湾工程实测资料验证,两者吻合良好。在此基础上,针对白鹤滩水电站坝身泄洪方式进行雾化影响对比分析。结果表明,当深孔泄洪时,由于其水舌挑距大,入水角度小,水舌风场与雾化降雨范围明显大于表孔泄洪,在泄洪流量与水位落差相同的条件下,表、深孔不同开启方式,其水舌落点与入水形态各不相同,最终引起水舌风场与雾化降雨分布显著变化,根据不同运行工况下的雾化降雨对比结果,提出了坝身孔口的最优开启方式。上述研究为今后实际工程泄洪调度的雾化影响分析提供了借鉴。     

高拱坝表中孔窄缝式挑坎泄洪雾化特性分析

对古学水电站拱坝表中孔窄缝布置方案的泄洪雾化特性进行分析,根据物理模型试验成果,率定出不同频率洪水条件下,坝身表中孔的泄洪雾化水力因子,然后考虑水舌入水形态、复杂河谷地形及气象条件等因素,得到了泄洪风场与雾化降雨强度的等值线分布。研究表明,坝身表中孔采用窄缝出口体形,泄洪水舌纵向拉开,水舌两侧溅水受到前部遮蔽,且当表中孔联合泄洪时,内外侧不同水舌间也发生相互遮蔽。由于水舌两侧雾化源受到削弱,使得窄缝体形在保证消能安全的同时,能有效减小两岸雾雨爬升范围。在坝身各种泄洪条件下,雾化降雨分布范围在坝下80～700 m之间,两岸雾化雨区爬升高度仅为120～140 m,右岸下游电厂尾水出口处降雨强度0～20 mm/h,已属自然降雨范畴。     

水布垭电站泄洪雾化影响分析及防护设计

水布垭电站泄洪消能具有水头落差大、泄量大、泄洪功率大、消能区工程地质和环境地质条件复杂的特点,采用窄缝挑流消能必将产生较大的泄洪雾化降雨.通过1∶50比尺的泄洪雾化模型试验、经验公式计算预报和同类工程原型观测(或模型)资料类比分析,确定了水布垭电站泄洪雾化的影响范围,并按P＝1%的泄洪标准,确定了安全的防护范围,提出了分级、分区的防护措施.     

丰满水电站重建工程挑流消能方案泄洪雾化研究

针对丰满水电站重建工程中的挑流消能方案,采用随机溅水数学模型,进行了泄洪雾化降雨数值模拟,将水舌入水喷溅源进行空间离散,描述水舌入水形态对下游雾化降雨的影响,同时考虑飞行水滴与空气间的相对速度,分析了各种泄洪运行方式与自然风场对雾化降雨分布的影响。研究表明:丰满水电站重建工程采用的分区挑流泄洪方案可将雾化区域控制在河道水面范围内,雾化降雨对左岸三期电站、右侧坝后电站、以及右岸生产、生活区的影响有限。在10 m/s以上横向风场作用下,左岸三期电站尾水平台出现5 mm/h左右的降雨,对此可通过增设地面排水设施加以解决。对于泄洪运行调度,建议优先开启中区4~#—6~#溢流表孔,然后是右区7~#—9~#溢流表孔,最后是左区1~#—3~#表孔,这可进一步减轻雾化对两岸建筑物及边坡稳定产生的不利影响。     

泄洪雾化对天气环境影响的松弛同化方法研究

为实现在综合考虑地形和环境背景场条件下,模拟泄洪期间局地区域天气环境的变化情况,以数值天气预报系统为基础,建立了泄洪雾化对天气环境影响的松弛同化方法。结合大岗山水电站一次降雨过程和实际观测资料,拟定了泄洪雾化同化数据分类设置的参考值范围。运用泄洪雾化对天气环境影响的松弛同化方法,对大岗山水电站泄洪期间的天气环境变量进行了同化计算。由于大岗山水电站仅有2015年9月14日15∶30—16∶40泄洪数据,选取2015年9月14日16∶00时刻模拟数据分析得到,在考虑风向变化的条件下,风速变化值为8.76 m/s,纵向影响范围约2.1 km;温度降低了3.32℃,纵向影响范围约2 km;相对湿度升高了8.71%,纵向影响范围约2.8 km。模拟结果表明,风速受水舌风影响风向改变、风速升高,温度受泄洪雾化降雨影响降低,相对湿度受雨雾蒸发影响升高。同化模拟的结果均向观测数据趋近,模拟结果符合实际的观测情况。     

古贤水利枢纽泄水建筑物出口底流消能设计探讨

古贤水利枢纽泄水建筑物是典型的高水头、高流速、大流量泄洪工程,在右岸地面厂房方案中,由于地形限制,电站厂房距泄洪排沙洞出口挑坎位置最近仅约100 m,厂房受挑流雾化影响严重,为减轻或避免雾化影响,设计方案中出口消能方式宜考虑底流消能.     

3-D NUMERICAL SIMULATION OF SPRAY DIFFUSION ON ENVIRONMENT

An equation of atomization quantity from energy dissipation by hydraulic jump was derived from dimensional analysis. Applying the Gauss diffusion equation, the spray diffusion in valley was studied under the conditions of continuous line source and random wind direction. Considering the spray-rain switching process, coagulation, condensation and evaporation of droplets, the authors calculated the air temperature, air relative humidity, spray density and the rainfall intensity in the lower reaches. The 3-D numerical results agree well with portotype monitoring data.     

高土石坝异型水舌雾化的数值反馈预测

基于挑流雾化随机喷溅数值预测模型的深化认识和实践应用,阐述了高土石坝泄流雾化典型特征,优化了异型水舌和复杂地形的建模方法,并应用于去学水电站的雾化反馈预测。反馈结果显示:最大雨强2.55 mm/h的测点在数值预测的2.00 mm/h雨强包络线内,其余4个实测值小于2.00 mm/h的测点均在数值预测的2.00 mm/h雨强包络线外。预测结果表明:雨强为10.00 mm/h的雾化暴雨防护区,推荐防护范围纵向至计算域x坐标641.64 m,横向范围为计算域y坐标-136.98～295.00 m;风向SSE、风速13.70 m/s的自然风是加剧右岸雾化扩散的最不利风场,推荐自然小雨界值0.42 mm/h为村庄选址区控制雨强,迁址在计算域内x坐标795.60 m下游。研究成果可用于工程泄流雾化危害的科学防控,有助于丰富高土石坝泄流雾化安全防控理论与技术。     

清远市瑶安小流域山洪灾害成因分析

以清远市瑶安小流域为例,从降雨条件、地形地貌条件、固体物质环境条件等方面分析该流域山洪灾害的成因。利用M-K法分析得知该流域各历时降雨均呈较为明显的上升趋势,未来该流域发生暴雨山洪灾害的可能性较大,降雨为山洪灾害形成提供了直接的外动力因素。基于GIS技术分析可知该流域陡坡主要集中于流域上游河道两岸,不利的坡度势能条件为山洪灾害形成提供了有利的地形地貌条件,该流域岩体风化和人类不合理活动为山洪灾害形成提供了重要的环境条件。     

人工降雨试验中风速对落地雨强空间分布的影响研究

气候变化和城镇化发展使得极端暴雨发生频率增加,实验室降雨试验可为极端暴雨灾害的研究提供数据支撑。通过开展不同情景下的实验室降雨试验与数值模拟,研究了风对落地雨强分布的影响,分析了风导致试验区域平均落地雨强减小的原因。结果表明：（1）风会使试验区域的实际平均落地雨强减小,主要原因是降雨中不同粒径雨滴在风场作用下漂移距离的不同,导致了地面受雨面积扩张。（2）受雨范围内落地雨强的均匀性受风速影响,落地雨强均匀性随风速增加而下降。为提高试验数据的准确性,在进行降雨模拟试验时需要考虑风速的影响,结合实验室实际条件合理确定试验范围。     

复杂地形区域近地层风场的WRF模拟研究

风能资源评估是风能开发利用的关键环节之一,它是制定风能规划、风电场选址和风电功率预测的重要基础。本文采用WRF中尺度大气模式对湖南省湘西自治州某风电场区域进行高分辨率数值模拟,模拟时间为2011年5月19日8∶00—5月24日8∶00,采用4层嵌套结构,最内层水平分辨率为1 km×1 km,并将模拟结果中的小时平均风速(10 m、50 m、70 m)、温度和压强与实测数据进行对比分析。研究结果表明,应用WRF模式对复杂地形区域进行值模拟,不但可以对风速、温度和压强进行较好地模拟,还能刻画出复杂地形局地风场特性。为风能资源评估提供了一种可行的评估手段。     

基于测风塔相互验证降低风电场发电量评估偏差

在复杂地形条件下的风电场年上网电量计算中,尚无有效方法来评估风资源分析软件引起的误差。为此,以宁夏吴忠某复杂地形的风电场年上网电量估算为例,采用测风塔相互验证加权平均误差数值模拟方法对软件计算误差进行分析。经过风电场实际运行数据与设计数据对比,设计的风电场年上网量偏差仅为1.68%,评估效果理想,验证了采用该分析方法降低复杂风电场年发电量计算偏差的可行性,为其它复杂地形风电场的年发电量准确计算提供了理论支持。     

六安市近45年来降水量空间分布研究

为了进一步探明六安市降水量空间分布的特征,主要采用基于Arc GIS的Kriging插值法,对六安市近45年来的逐日降水量数据进行处理,得到各季节、年均和汛期多年平均降水量的空间分布图表,并分析了降水量的空间分布特征及其特异性原因。结果表明:六安市秋冬两季各地降水量差异不大,春季降水量从南向北、从西向东分别受到纬度和地形的影响,逐渐减少,夏季降水量受地形影响从西南向东北骤减,西南山区两县降水量较多,达到600 mm;年降水量整体上由西南向东北减少,即越靠近大别山腹地降水量越大,达到1 370 mm,南北相差达470mm,但在山区和平原地带内部变化不大;汛期降水也是自西南向东北递减,但降水集中系数却在南部地区自西向东递减,降低至0.56,然后向北部地区突增,达到0.67。说明六安市北部年内降水量变率大,这是受到地形与雨带的进退速度和时间等因素的综合影响。     

基于EFDC模型的长江下游码头溢油风险预测

为了更有效地预测溢油事故,建立了基于EFDC(environmental fluid dynamlics code)模型的长江下游南京段码头溢油事故影响的预测模型。研究结果表明:构建的二维水动力模型能够较为准确地反映研究区域风场、流场、复杂地形条件综合影响下长江溢油扩展和迁移运动的整体规律,油膜在研究区域降解较慢,溢油发生在落急时刻和西风风向时,油膜更早向下游扩散,对下游保护区的污染更严重。     

大型水利枢纽泄洪雾化原型观测研究

大型水利枢纽,尤其采用挑流消能工的高坝工程,在泄洪时产生的雾化降雨强度远超自然降雨,由此对枢纽正常运行、泄洪区交通安全、周围环境等均构成危害。对金沙江下游溪洛渡水电站大坝深孔泄洪时雾化影响范围、降雨强度分布、气象特性等进行了重点观测研究。结果表明:溪洛渡水电站深孔泄洪雾化降雨强度分布呈现局部降雨强度大、降雨强度沿纵向及岸坡方向递减速度快的特点;观测工况下最大降雨强度达4 704 mm/h;观测时段自然风速未超过3.5 m/s条件下,泄洪区最大风速达16.3 m/s;自然气压为0 kPa、空气湿度为85%左右时,最大气压约为96 kPa,空气湿度为100%。观测成果一方面可对溪洛渡水电站岸坡防护设计进行验证,并为以后类似工程的岸坡防护设计提供参考,另一方面可为其他研究手段的完善提供丰富详实数据,具有重要价值。