三峡水库运行初期库区糙率特性分析

为得到三峡水库实际运行后库区泥沙的淤积糙率,基于三峡水库运行10余年库区实测淤积资料、日均来流量与水位序列,采用一维水流模型推算了三峡水库正常蓄水运行以来库区沿程的综合糙率。结果表明,常年回水区峡谷段淤积较少,糙率随流量、运行时间变化较小,糙率相对较大;常年回水区宽谷段泥沙在主槽落淤后床面阻力减小,糙率逐年降低;常年回水区弯曲分汊段泥沙淤积严重,糙率逐年减小;变动回水段天然河道特性起控制作用,糙率相对稳定。同一洪水流量情况下,随运行时间推移和淤积发展,糙率总体减小。常年回水区糙率的降低值明显大于变动回水区糙率的降低值。三峡水库淤积过渡期糙率与河道部位、断面形态、河道形态等参数均存在一定关系。研究成果为三峡水库淤积与糙率的关系研究奠定了基础。     

大唐火电厂新建取水工程河段泥沙特性研究

冷却水是保证火电厂正常运行的必要条件,取水防沙条件的好坏对电厂的安全运行至关重要。大唐火电厂取水河段处于昭化水电站回水区,属于弯曲型河道,泥沙特性复杂,为保证取水安全、可靠,采用物理模型试验与数值模拟相结合的方法对取水工程河段的泥沙特性进行研究,并预测了取水河段多年后的泥沙淤积情况。结果表明,大唐火电厂取水河段短期内无推移质淤积,多年后泥沙淤积较少,取水口位置选取较为合理。     

水动力调控三峡库区支流水华方案初步研究

针对三峡水库蓄水运用后支流库湾春季水华频现问题,利用MIKE 21模型建立了香溪河—三峡库区整体平面二维水动力数学模型,对春季不同水文条件下香溪河口回水区的流速进行了数值模拟。计算结果表明,三峡水库单独调控时,小于香溪河库湾水华的临界流速0.05 m/s,而支流水库单独调控时,在丰水年香溪河口流速可大于0.05 m/s,仅利用三峡水库小幅度水位变动(0.6~1.0 m/d)对支流库湾流速的改善效果十分有限,而利用干支流水库对香溪河库湾流速的联合调控效果明显,可适度控制三峡库区支流库湾水华的爆发。     

POA算法在水库水沙联合调度中的应用研究

为使水库保持最佳的发电效益,同时又能最大限度地保留有效库容,利用多目标规划方法构建了水沙联合调度多目标规划模型,模型由水库优化调度模型及泥沙冲淤计算模型两部分组成,通过水位参数的传递实现子模型的结合,并利用改进逐步优化算法对模型进行求解。以三峡电站的实际数据为例进行了计算,结果表明模型得到的数据合理、计算速度快,为研究水库泥沙问题提供了重要依据。     

萨拉康电站水库泥沙淤积数值模拟

鉴于泥沙淤积问题普遍存在于水库中,且对水库使用年限影响巨大,以萨拉康水电站工程水库泥沙冲淤复核阶段为例,利用一维水沙数学模型(CRS-1模型)对库区泥沙冲淤变化、水库拦沙率、泥沙出库率、进出库水流含沙量及颗粒级配变化进行模拟预测。结果表明,水库运行前期,库容损失相对较大;水库运行后期,泥沙淤积向库尾高边滩发展,"翘尾巴"现象较明显;水库出库泥沙含沙量变化与入库基本一致。研究成果可为今后水库淤积管理提供科学依据。     

水库泥沙冲淤过程计算数学模型的研究

本文提供的数学模型是以大量实测资料为基础，根据水库泥沙冲淤的特点，在考虑壅水淤积的同时，还考虑了库水位变动所引起的溯源冲刷对河床形态的影响而建立的计算水库泥沙冲淤过程的数学模型，还用本模型再现了白龙江碧口水库的冲淤过程，计算结果与实测值符合良好。本模型可供水库管理，尤其是工程设计部门使用。     

中小洪水调度对三峡水库泥沙淤积的长期影响

当前中小洪水调度对三峡水库淤积的影响尚局限在短期过程,且年内各种调度方式影响叠加,很难单独区分中小洪水调度的影响。为了解长期实行中小洪水调度对三峡库区泥沙淤积的影响,基于一维水沙数学模型,计算分析了有、无中小洪水调度情况下三峡库区泥沙淤积过程、分布特征及防洪库容保留状况。结果表明,长期实施中小洪水调度情况下,三峡水库泥沙淤积增加,影响集中在变动回水区下段及常年回水区,淤积三角洲向坝前推进较无中小洪水调度情况慢;水库达到初步淤积平衡的时间推迟约50年,平衡淤积量增加约19%,防洪库容损失约3%。     

水库水沙多目标联合优化调度研究

针对水库运行中蓄水与排沙的矛盾,兼顾水库防洪、发电、航运及长期利用的综合运用目标,利用多目标决策方法建立了水库水沙多目标联合优化调度模型,即汛期采用分级流量原则控制水位运行,制定分级流量与对应的运行水位,通过水库发电调度与泥沙冲淤计算的耦合,计算在约束条件下水库的发电量、泥沙淤积量及长期综合效益。将该模型应用于三峡水库综合运行研究中,汛期按分级流量原则控制水位运行50年。计算结果表明,与原设计水位运行方式相比,汛期分级流量运行的综合效益增加6.324%、发电量增加5559%、泥沙淤积量仅增加0.148%,可见水沙联合调度的汛期分级流量运行方式能充分发挥三峡水库的综合效益。     

基于一维水沙模型的多沙水库分期汛限水位选择

为提升多沙水库的发电效益、选择合适的分期汛限水位,应用一维非均匀流不饱和输沙模型,结合某多沙水库现行调度规程,模拟了该水库在多种拟定分期汛限水位方案下水流、泥沙等因素的长期变化过程,计算了各方案总库容、有效库容淤损率及多年平均发电量等指标,并综合考虑提升水库发电量和保证水库防洪安全方面目标对各方案进行比选,确定了该水库的最佳分期汛限水位方案。该方案可在一定的泥沙淤积水平年内提升水库的发电效益,并通过预泄调洪方式以保障其防洪安全。     

塔什米里克弯道式引水枢纽平面二维水沙数值模拟

针对新疆盖孜河塔什米里克弯道式引水枢纽工程上下游泥沙淤积及冲沙过程中大量推移质泥沙磨蚀建筑物的问题,运用CCHE2D软件构建了塔什米里克引水枢纽工程平面二维水沙运动模型,据此研究了泥沙输移情况及其颗粒分布规律,并对模型进行了验证。模拟结果表明,河床推移质自上而下输移过程粒径分布呈上粗下细的分布规律、推移质单宽输沙率与上游来流量呈正相关性;同时针对引水口的泥沙淤积问题,计算并提出"间歇冲沙"的闸门优化运行方式,有效降低了河床泥沙淤积量,为解决类似引水枢纽工程泥沙问题提供了参考。     

宁夏引黄灌区骨干渠道糙率原型观测分析

为给衬砌渠道的设计及运行管理单位提供有利的条件,同时积累衬砌渠道糙率的原型观测经验与成果,选取宁夏引黄灌区具有代表性的11条不同流量级别的骨干渠道,开展衬砌渠道原型糙率观测试验;并结合宁夏引黄灌区衬砌渠道实际情况,提出不同衬砌材料的糙率建议取值。结果显示,无论是使用单一材料的衬砌渠道还是使用多种材料的复合衬砌渠道,实测数据率定的糙率值普遍较设计值偏大,偏大原因有断面几何尺寸不标准、渠底比降与设计偏差较大、不同灌季的渠水含沙量等;现浇混凝土、预制混凝土板、格宾石笼填充卵石、格宾石笼填充块石、卵砾石糙率建议值分别为0.013 5~0.014 0、0.014 5~0.015 0、0.028~0.030、0.027~0.029、0.026~0.029。     

库水位变化条件下堆积体滑坡变形特征及稳定性分析

为研究库水位变化条件下堆积体滑坡的变形特征及稳定性,以三峡库区某典型堆积体滑坡为例,结合已有的监测资料,分析了变形与时间、变形与水位之间的变化规律,并采用FLAC二维数值模拟方法,建立了数值模型,分析了库水位变化条件下滑坡内的应力应变情况。结果表明,库区回水对滑坡的变形和稳定性影响巨大;二维数值计算的变形位移场与现场监测的位移基本吻合,说明数值计算可以较好地模拟库水位变化条件下的堆积体应力应变情况。     

富春江水库变动回水区蓝藻水华成因初探

以富春江水库蓝藻水华为研究对象,对变动回水区生态水文特征开展调查。结果表明,受上游多年调节型水库千岛湖下层滞水泄流和兰江自然来水影响,富春江水库库尾存在显著的温差异重流。源自千岛湖的低温水在密度差的影响下沿富春江水库底部向下游流动;水温相对较高的兰江水则以表层流的形式在水库库尾做往复运动。这种异重流结构为蓝藻生长创造了良好的水动力、光照和营养盐条件。此外,水库库尾流速减弱导致大量泥沙发生沉降,使得此处水体透明度提高,水下光传输能力增强,从而使表层水体中的蓝藻快速增殖,并在长水力停留时间作用下累积形成水华,进而影响溶解氧的垂向和纵向分布。本研究可为其他水库变动回水区富营养化形成机理研究提供参考。     

南黄海海底辐射沙洲及西洋水道地形变化研究

为探索江苏省东部南黄海海底的辐射沙洲的形成演变规律,建立了平面二维水动力潮流泥沙数学模型,基于实测水文泥沙资料验证模拟结果,分析了该区域水沙特征,并采用机制分解法分析了西洋水道近期的地形冲淤变化特征。结果表明,辐射沙脊群海域涨落潮总体上呈现以弶港为顶点的往复流形态,而辐射沙脊群外部海域流场则表现为较明显的旋转流流态。辐射沙洲海域含沙量变化趋势与流场变化趋势基本一致。而对于西洋水道,由于涨潮流速大于落潮流速,涨潮冲刷占据主导作用,泥沙净输沙方向为由北向南,使其近30年(1979~2009年)来,总体呈现"北冲南淤"的变化特征。同时西洋东槽规模不断扩大,小阴沙面积逐渐减小,西洋东、西槽之间的水体交换正逐渐通过瓢儿沙中部和东侧水道进行。研究成果对于进一步认识并利用辐射沙洲意义重大。     

白石水库洪水过程泥沙冲淤数值模拟分析

为研究白石水库泥沙冲淤特性,选取水库大坝至上游BD20断面,分别模拟汛期典型洪水过程和百年一遇洪水过程,分析洪水过程泥沙冲淤变化。结果表明,白石水库洪水期间最大输沙量与最大流量并不同步,在库区弯道处凹岸库底冲刷、凸岸库底淤积;同一断面的洪峰流量、最大输沙率不同步;洪水过后,淤积厚度随控制水位的升高而减小。     

三峡库区黄花城河段泥沙淤积情况的二维数值模拟

为准确反映三峡库区真实的泥沙淤积情况,以已有二维平面水沙模型为基础,考虑絮凝及床面泥沙固结后密度变化等因素,改进细沙冲淤判别标准,推导出泥沙运动及河床演变方程,将改进后的模型应用于三峡水库典型淤沙河段黄花城河段的泥沙冲淤变化模拟中,模型计算值与实测值对比结果表明,模型模拟精度较好,改进的泥沙模型可较真实地反映库区细沙的输移特性。在此基础上,利用该改进模型预测水库运行未来20年(2013~2032年)黄花城河段的演变趋势,发现主要淤积部位在左汊,且重点淤积部位逐渐向左汊出口转移,右汊淤积发展相对缓慢,该河段仍保持淤积状态,但整体淤积速率有所放缓。研究成果对于准确预判三峡库区的泥沙淤积状况意义重大。     

柴河水库淤积泥沙物理特性分析

泥沙淤积是制约水库长期利用的关键问题之一,柴河水库自运行以来淤积物逐年增加,对此,采用声波钻机对库区典型断面展开现场取样,对取出的淤积泥沙样品开展土工试验。结果表明,库区表层淤积物干重度、粗沙含量沿程递减;泥沙干重度与粗颗粒泥沙含量随淤积厚度的增加而增大;库区淤积物干重度随泥沙粒径增大而增大;粒径为0.075~0.250mm之间的单颗粒泥沙沉速范围为6.281~30.026mm/s。计算单颗粒泥沙沉速时,泥沙粒径0.200mm时宜采用张瑞瑾公式,粒径接近0.100mm时宜采用艾益龄公式。研究成果可为水库淤积分析计算、泥沙运动数值模拟及物理模拟研究提供参考。     

垂直轴风力机三维效应的数值模拟研究

文章针对二维和三维垂直轴风力机的数值模拟的差异,提出了风力机的三维效应是造成模拟差异的主要原因。运用计算流体力学方法对某直线翼垂直轴风力机模型进行了二维和三维的数值模研究。通过比对实验得到的风力机功率系数,发现三维模拟结果与实验值吻合。观察尖速比为1.5时二维和三维垂直轴风力机的速度型分布曲线、流向速度云图和涡量云图,研究了阻塞效应、叶梢涡、支撑结构和塔架对数值模拟结果的影响。研究发现:在二维的数值模拟中,风力机没有受阻塞效应影响,功率系数被严重高估;三维的数值模拟能够模拟出全部的流畅细节,受叶梢涡和支撑结构的影响,风力机的功率系数明显降低。