金沙江典型水库水温影响因素敏感性分析

在拱坝温度应力计算等领域,库水温是重要的边界条件,对其计算精度要求较高,尤其对于高拱坝上游库水温而言,需要进行详细研究。库水温的影响因素较多,如河道的类型、水库的来水流量、来水温度、气象条件等,如何合理考虑各项因素对库水温分布的影响,对于计算的精确度意义重大。利用横向平均的二维水动力模型来研究金沙江上向家坝、溪洛渡、白鹤滩、乌东德等4座水动力特征相似水库的水温时空动态分布,并以典型水库溪洛渡为例,对该水库的来水流量、来水温度和气象条件等因素进行敏感性分析。研究成果可为后续几座水库的水温计算分析提供参考。     

溪洛渡-向家坝-三峡梯级水库水温分布特性

梯级水库蓄水运行后,改变了河流的天然水流情势和水体的年内热量分配,水库内的水温分布特性随之变化。为了解溪洛渡-向家坝-三峡梯级水库蓄水运行后河道水温分布特征,对梯级水库沿程19个断面水温进行了观测,并根据观测资料系统地分析了梯级水库进出库水温和沿程水温分布,以及垂向温度分布变化情况。研究结果表明:溪洛渡、向家坝、三峡梯级水库的下泄水温在降温季节略有增加,在升温季节略有下降,形成了"高温不高,低温不低"的平坦化现象;溪洛渡和向家坝水库坝前区域在垂向上均出现明显的温度分层,而三峡水库近坝区的温度分层现象在梯级水库运行后明显减弱,近几年表层和底层水温相差最大值仅为2.5℃。研究结果可为梯级水库联合调度、水生态研究、水库水温数学模型验证等提供参考。     

考虑上下游复杂水力联系的水库初期蓄水方案研究——以白鹤滩水库为例

制定上下游存在复杂水力联系的水库初期蓄水方案时,既要考虑上游来水、上下游用水、工程安全及库岸稳定等诸多因素,又要分析协调上下游水库配合蓄水的对策及影响。研究了白鹤滩水库初期蓄水方案,在初期蓄水时需考虑上游调节能力较好的二滩水库和乌东德水库的运行方式,下游溪洛渡水库和向家坝水库的下游生态及航运用水要求,以及梯级电站的发电计划、电力消纳和电网供电计划等。白鹤滩水库初期蓄水方案为：白鹤滩水库蓄水期间,除乌东德水库提供调蓄水量26.39亿m³外,锦屏一级和二滩水库协助提供水量29.7亿m³,需乌东德水电站按2～3台机组运行,二滩水库在2021年4月上旬末库水位应不低于1 185 m, 5月底水位消落至1 160 m,其运行方式的调整对二滩及下游桐子林等梯级总发电量和可调容量影响较小;下游溪洛渡水库和向家坝水库按满足下游生态及航运用水要求协调运行,两电站的可调容量相比运行方式调整前最大分别减少约3 083,1 593 MW。以此制定的蓄水方案保障了白鹤滩水库初期蓄水计划的如期实施,该研究思路、方法可为类似工程的初期蓄水研究提供参考。     

溪洛渡特高拱坝蓄水初期工作状态评价

本文对溪洛渡拱坝蓄水阶段原型监测成果进行归纳总结,论术了监测数据的同步性、连续性、规律性和收敛性特征,初步评价了大坝的运行状态,基于数值仿真反馈分析,研究了大坝受力变形特性的机理,重点阐述了拱坝库盆沉降、上部谷幅收缩效应,分析了坝踵压应力的合理性。结果表明:溪洛渡拱坝初期蓄水期拱坝变形与水库水位变化过程一致,连续变化且符合客观规律,整体时效变形呈现收敛态势;由于溪洛渡特殊的地质条件,库盆压力对大坝变形影响较大,但不影响整体安全稳定;拱坝应力分布良好,坝肩推力在坝基内扩散明显,处于可控状态。综合分析认为,溪洛渡拱坝蓄水过程安全可靠。     

来流变化条件下溪洛渡水库生态调度期水温分层特性研究

为探明来流变化条件下溪洛渡水库生态调度时的水温垂向分布特性,运用水温现场监测和CE-QUAL-W2模型对水温进行数值模拟的研究方法,基于实测地形和水文等数据建立溪洛渡库区的立面二维水温模型,模拟了水库在2021年1月15日—4月30日的水温动态变化过程,重点分析了生态调度期(3—4月)库区的立面二维水温分布规律及不同泄水口高程对下泄水水温的影响。结果表明：溪洛渡水库坝前水温于3月中旬开始出现温差,3月下旬表底最大垂向温差为2.02℃,垂向温度梯度在0.10℃/m以内。4月上旬、下旬水库表底最大垂向温差分别为2.41和2.81℃,垂向温度梯度在0.15℃/m以内。通过比较无叠梁门、1层叠梁门两种泄水运行工况得出,当设置1层叠梁门稳定运行时水库的平均下泄水水温提高了0.13℃。本研究可为溪洛渡水库后续的水温生态调度试验提供科学依据。     

溪洛渡拱坝初期不同特征水位工作性态分析与安全评价

基于溪洛渡拱坝初期蓄水期540 m、560 m、580 m、600 m四个不同特征水位坝体各类监测资料的分析,借助三维有限元商业软件对大坝施工形象面貌、蓄水进度计划进行仿真模拟及数值分析计算,对蓄水期拱坝工作性态进行反馈分析、预测及安全评价,进而为拱坝运行期蓄水提供决策参考。数值模拟及反馈分析计算表明:不同特征水位阶段下,坝体及坝基变位合理、变形协调,坝体应力处于设计可控范围之内,灌后横缝均处于压缩状态,其变位、应力分布均符合拱坝整体受力特性。初步判断:溪洛渡拱坝在库水位初次蓄至正常蓄水位600 m高程的各阶段安全可靠受控,处于正常工作状态。     

金沙江下游梯级水库提前蓄水策略

随着长江上游水库群汛末集中蓄水问题日益突出,在确保防洪安全的前提下,提前抬升水库运行水位,有序衔接防洪与蓄水调度显得尤为重要。以金沙江下游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝梯级水库为研究对象,选取发电量和水资源利用率为评价指标,探究汛期7—8月份梯级水库提前蓄水策略。研究结果表明：(1)平水(50%频率)、枯水(75%频率)和特枯(90%频率)来水条件下,乌东德、白鹤滩梯级水库应尽可能提前抬升运行水位,且优先抬升乌东德库水位。(2)7月份平水、8月份平水或枯水条件下,应优先将乌东德库水位抬升至960 m以上;7月份枯水、8月份平水或枯水条件下,应优先将乌东德库水位抬升至954 m以上。(3)不同来水条件下,溪洛渡水库应尽可能抬升库水位,但最高不超过585 m。     

金沙江下游梯级水库蓄水期发电优化调度研究

大型水库蓄水期的水位控制是流域梯级甚至是整个水电系统调度的关键问题之一,汛末能否蓄满关系到电站消落期的发电效益与电网的安全、稳定、经济运行。以金沙江下游的乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝水库4库梯级系统为研究对象,以梯级发电量最大为目标,构建蓄水期联合优化调度模型。将采用还现计算得到的乌东德水库1961～2020年的60 a来水作为模型输入,通过基于混合整数二次约束规划(MIQCP)的求解算法,得到长系列不同来水组合下的优化调度方案。结果表明：金沙江下游梯级水库调度初期的余留库容与乌东德水库来水的量级及分布是梯级水库能否蓄满的主要因素;金沙江下游4库从上游至下游,开始拦蓄的时间依次延后,总体呈现乌东德、白鹤滩水库先蓄,溪洛渡、向家坝水库后蓄的规律;金沙江下游梯级水库泄洪集中在来水较大的8月下旬至9月下旬,主要由溪洛渡、向家坝水库梯级进行泄洪。     

金沙江下游梯级开发对长江上游保护区鱼类繁殖的水温影响

长江上游珍稀、特有鱼类国家级自然保护区位于金沙江下游梯级水库最后一级——向家坝水库下游1.8km至重庆小南海水库库尾间河段。梯级水库运行后,其下泄水温的改变可能会对保护区鱼类的生长、繁殖带来影响。本文采用立面二维水温模型CE-QUAL-W2模拟了金沙江下游梯级水库联合运行后向家坝的下泄水温,并分析了下泄水温变化对保护区鱼类生长、繁殖的影响。研究结果表明:向家坝、溪洛渡两库联合运行时,除黄石爬鮡外,保护区其余有繁殖期记录的34种珍稀、特有鱼类均会受到水温节律变化影响;金沙江下游4个梯级水库同时运行时,保护区内所有鱼类均会受到水温节律变化影响。     

向家坝水库运用方式分析

金沙江为多沙河流，如向家坝水电站先期开发，水库泥沙淤积对自身调节库容和对上游梯级溪洛渡坝址及衔接水位的影响，是向家坝正常蓄水位选择和水库运用方式研究的主要任务。根据工程特点，采用汛期６月～９月来沙较集中的４个月库水位降低在排沙限制水位３６７．００ｍ运行，１０月初开始蓄水的运用方式，可以较好地达到保护调节库容及在一定年限内减轻库尾淤积上延对溪洛渡坝址影响的目的。     

基于矩法的高拱坝实际温度荷载反馈

温度荷载是拱坝的主要设计荷载之一,与封拱温度、环境气温、库水水温等关系密切,实际温度荷载难免与设计温度荷载存在一定差异,传统点式温度计监测数据信息量少,难以进行合理有效的拱坝温度荷载反馈。结合溪洛渡特高拱坝典型坝段分布式光纤顺河向实测温度,基于矩法进行高拱坝实际温度荷载反馈,即采用多项式表示等效温度,根据等效温度的各阶矩与分布式光纤顺河向实测温度相应的各阶矩相等,确定多项式的系数,进而得到等效温度的分布。分析表明,现有规范采用的全截面线性化等效温度仅是非线性等效温度在一次矩等效时的特例,通过计算2阶和3阶矩等效温度,获得坝段截面非线性温度分布,更加全面反映高拱坝从封拱灌浆到水库正常运行期间坝体温度的调整过程,可为拱坝设计提供有益的技术补充。     

温降和水库蓄水引起的碾压混凝土拱坝裂缝分析

施工温降是引起碾压混凝土拱坝裂缝的主要荷载。均匀温降作用下拱坝在裂缝前整个断面处于受拉状态，最大拉应力出现在拱端上游面和拱冠下游面。均匀温降使碾压混凝土拱坝全断面受拉，坝体形成深层的或贯穿性的裂缝对拱坝的危害较大。施工温降在水库放空时所产生的裂缝深度一般比水库蓄满时大。水荷载所产生的压应力可以部分或全部抵销温降所产生的拉应力。一般来说，上游水荷载对拱坝的作用更大，它在拱圈大部分区域产生很大的压力，因而使裂缝的扩展受到抑制。用水平拱作为计算图形进行结构分析，能较好地反映出碾压混凝土拱坝的应力和裂缝状况；混凝土的钝裂缝带模型用于有限元断裂分析和确定裂缝扩展深度比较方便。     

考虑淤沙影响的高拱坝水库水温数值分析

本文考虑高拱坝水库淤沙的影响,采用热流耦合方法对水库立面二维水温数学模型进行数值分析,探讨高拱坝水库水温的分布规律。在此基础之上,分析了水库水温分层的形成过程及原因,并重点探讨了淤沙对高拱坝水库水温以及运行期应力的影响,对比分析了水温的规范算法、实测值和本文数值计算方法之间的差别,并对规范的水库水温计算方法进行了评价。二滩水库的数值计算结果表明,在1 060m高程以下,考虑淤沙的影响更接近实测的水温结果,而按照规范方法计算的水库水温边界条件,具有较大的安全裕度。     

分叉型库盘变形及对特高拱坝变形性态的影响

由弹性理论推导了特高拱坝在库水压力作用下引起的库岸边坡表面横河向水平位移计算公式;利用有限元数值仿真方法模拟了分叉河道的库盘库型,开展了库型因子对库盘基岩和大坝变形的敏感性分析。理论分析和数值计算结果表明:库水位和岸坡坡角是谷幅收缩的主要影响因素,河道分叉处到坝前距离和库水位是影响库盘变形和坝体变形的显著因素;随着高程增加,库水面以下横河向岸坡变形先向两岸方向增大,然后一直减小,直至转向河谷方向,而库水面以上岸坡一直向河谷方向变形。     

溪洛渡双曲拱坝接缝灌浆施工

溪洛渡大坝为混凝土双曲拱坝，采用“一刀切”形式的垂直平面分缝，将拱坝切分31个坝段，共30条横缝31层灌区。混凝土梯级降温方式设计形成合适温度梯度，接缝按自下而上分层，各层自中间向两岸逐步推进施工，确保横缝水泥结石充填饱满，使拱坝各独立坝块连成整体形成拱圈效应，更好地向两岸传递应力。     

基于分布式光纤测温的拱坝施工期温度突变识别基于分布式光纤测温的拱坝施工期温度突变识别 . .基于分布式光纤测温的拱坝施工期温度突变识别

针对溪洛渡特高拱坝施工期混凝土光纤测温出现的温度突变情况,结合光纤测温数据特征,采用循环探测检验法对温度突变值进行识别,并在建立的施工期混凝土温度统计模型基础上,通过回归分析对实测通水温度、环境气温等各温度分量引起的温度变化量进行定量分析。该识别方法可在混凝土温度发生突变时准确定量解析异常成因,以便修正实测温度数据。同时,基于光纤测温数据构建了坝体温度场,可更直观反映坝体温度场变化,为大坝温度场状态判断提供了依据。     

小浪底水库开发任务的库容要求分析

分析认为，小浪底水库逐步抬高汛期水位沙和调水调沙运用，库区为锥体淤积，由下而上、由低而高逐步淤积，比降变小，主汛期运用水位２５４ｍ，形成高滩槽形态，不影响三门峡坝下水位；支流拦沙库容充分淤积，拉沙库容约８０亿ｍ＾３，若水库一镒抬高水位或主汛期高水位蓄水拦沙，水库为三角和带状淤积，在淤积向坝前推进过程中，洲面淤２高，淤积上延，河床比降增大。为了不影响三门峡坝下水位，主沁期运用水位要降至２４０～２６０