香溪河河口处风生流数值模拟研究

基于三维水动力数学模型,以香溪河河口处支流库湾与长江干流为研究对象,分析了该区域在常年盛行风况下,稳定的风生流流场三维结构特征。结果表明,在风速3m/s的NNE风持续作用下,流场达到稳定状态后,总体上水平方向的流速得到了不同程度的提升;香溪河支流库湾内表层、中层水体流向与风向一致,底层流向与风向大致相反,呈补偿态势;而长江干流流向受风力影响相对较小,变化趋势微弱。     

三峡水库香溪河库湾水质预测

选取有代表意义的库区支流香溪河为研究对象,重点研究三峡建库后库湾的水质情况。以兴山水文站的实测资料为依据建立香溪河的一维流场模型,模拟其现时状态的流场,再用各断面水质的实测数据拟合模拟其水质场。在此基础上预测三峡水库蓄水达到１７５ｍ的设计水位时,香溪河库湾的水流运动和水质变化,为库湾水环境保护与管理提供依据。     

三峡水库支流库湾水流输移水华藻团能力研究

为研究水流对水华藻团的输移能力,将水华藻团概化为水体中的物质粒子,忽略其生物抗力,应用流体力学相关理论推导了水流对水华藻团的粘性阻力,并借鉴粒子在水流中的跟随性分析了不同优势种的水华藻团随水流被输移的效果。研究表明,不同的藻种由于颗粒大小不同而略有差异,但总体上跟随性很好,水流均能对其产生显著的推流输移作用。结合三峡水库香溪河库湾秋季水华过程及对应的水动力特性,以2007、2010年为例,证明汛末蓄水期间干流中层倒灌异重流引起库湾表层持续流向河口的水流趋势是秋季水华消退的直接原因之一。     

基于支流水温对汉江干流河道水温影响的数值模拟

由于大中型水库蓄水后改变了原天然河道水温的时空分布,因此水库下游河道的水温恢复状况是目前水电工程环境影响评价的重要指标之一。将水库下泄流量、支流流量、太阳辐射、气温、风速等作为恒定因子,以支流水温为主要变量,建立了平面二维水动力—温度数学模型,并用汉江中游河段的实测水温资料对模型进行了验证,进而分析了支流水温对水库下游有支流汇入河道水温恢复过程的影响。结果表明,支流水温越高,在纵向上河道水温恢复到平衡水温所需距离越短,而在横向上水温掺混均匀所需距离越长。     

潮流能水轮机叶片翼型水动力性能的数值模拟研究

鉴于潮流能水轮机叶轮叶片性能的好坏关系到叶轮的捕能效果,而叶片翼型的水动力性能是叶片设计的基础,基于CFD软件ANSYS CFX对部分翼型的水动力性能进行了分析。首先在不同湍流模型下对NACA2412翼型的部分水动力特性进行数值模拟并与试验值做对比分析;然后在SST湍流模型下,对NACA64421翼型在攻角为0°时,探讨了边界层网格对数值模拟结果的影响;并对其在攻角为-2°~20°情形下的水动力性能进行了数值模拟。结果表明,湍流模型的选用、边界层网格划分及近壁尺寸的选取对数值模拟结果的影响均较大,并通过数值模拟得到了NACA64421翼型的升力系数、阻力系数、最佳攻角、失速角等水动力性能参数,可为水轮机叶片设计时翼型的选取提供参考。     

取水口高程对水库水温结构的影响研究

大型水库水温分层现象引起的低温水下泄问题对下游生态环境造成了不利影响,采用分层取水是目前减缓低温水下泄的有效措施,而不同的取水口高程对水库水温的分层产生不同影响。为研究不同取水口高程对水库水温结构的分层影响,以某流域中型水库为例,选取5种不同取水口高程进行工况设计,采用三维水动力－水温数学模型,利用验证可行的数值模拟方法进行数值模拟计算和结果比对分析。结果表明,取水口高程因素对水库水温结构影响较为明显,各取水口位置对应的水库水温结构四季差异性较强。     

设置生态机组对水库水温及下泄水温的影响

生态机组的设置会对水库水温结构产生影响,从而影响水库及下游河道的生态环境,为此建立了垂向二维水动力水温模型,并利用实测水温数据对模型参数进行了率定,进而利用该模型分析了未设置生态机组和设置生态机组两种情况对水库一年中水温分布及下泄水温的影响。结果表明,设置生态机组时,由于其引水位置较低,使水库水体上下掺混增强,促进了热量交换,导致水体上下温差减小,同时造成水库下泄水温与天然河道水温有一定的温差,温差比未设置生态机组时要小。     

福建兴化湾附近海域水动力特征研究

基于兴化湾海域实测水文资料,采用相关潮汐潮流调和分析方法建立了附近海域二维水动力数学模型,研究了附近海域的潮汐潮流特性。结果表明,兴化湾海域潮汐属于规则半日潮,平均落潮流历时长于涨潮流历时;测区实测涨潮流流速大于落潮流流速,但落潮流历时长于涨潮流历时;工程海域潮流变化主要受协振波所控制,潮流性质属于不规则半日浅海潮流,潮流运动形式是以往复流为主并伴有旋转性质的混合流态;兴化湾湾内和口门附近以往复流为主,湾外呈旋转流特征;兴化湾内是受南日水道和兴化水道两股潮流作用,水流动力变化特征是兴化水道强于南日水道,其中湾内南侧海域主要受南日水道潮流控制,湾内北侧和深槽海域主要受兴化水道潮流作用。     

考虑库水可压缩性的高拱坝动力特性分析

结合实际工程给出了考虑库水可压缩性时高拱坝动力特性的数值求解方案.计算结果表明,库水的可压缩性对坝体的自振频率、振型参与系数和振型等动力特性均有较大的影响.考虑库水可压缩性之后,计算坝体动力特性时计算量略有增大,建议采用可压缩库水模型求解高拱坝的动力特性.     

基于AdH模型的美国内华达州塔基河洪水数值模拟

以美国内华达州塔基河为例,基于AdH模型建立了覆盖主槽和洪泛区的有限元数值模型,选取四种不同频率的洪水事件作为基础资料并对其洪水过程进行了模拟分析,探讨了输入参数对模拟结果的影响,并对AdH模型进行了率定和验证,进而分析了淹没面积和淹没体积与流量的关系。结果表明,主槽糙率系数的选取对洪水模拟结果的影响相对于洪泛区而言更为显著,是模型率定时应优先调整的参数;AdH模型完全可以再现洪水发展—消退的全过程,是一种有效的洪水预报模型;淹没面积和淹没体积与流量间的关系具有明显的反绳套规律。     

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。     

三峡库区及其支流水质评价方法选择及应用

针对河流型水库水质评价时缺乏统一评价标准的问题,基于三峡库区蓄水至175m后6个完整水文年的水文数据,引入分段库容概念,根据入库/出库流量、水库运行水位对应分段库容计算水力滞留时间,根据各断面实测流量、实测大断面面积资料计算各断面流速,采用分段累计水力滞留时间、流速等关键水动力因子为划分指标,对河流型水库水质评价标准纵向量化分区进行分析。结果表明,三峡水库的水文条件存在明显的时空差异,丰水期干流全河段、枯水期万县以上干流河段应按河流标准进行评价,万县至大坝干流河段、支流库湾应按照湖泊标准进行评价。研究成果可为水体保护工作提供技术支持。     

三峡库湾二维随机水质预测模型的研究

在分析香溪河流域污染特点的基础上,建立了一个二维随机水质数学模型,该水质模型将一维水质随机降解模型和二维迁移扩散模型相结合,同时考虑了各水质参数K1,K2,K3和河道横向扩散系数Dy的随机性影响。该模型适用于各种复杂水力条件的排污范围的水体,对于平面二维的任何一个计算点,它都能给出该点水质浓度随机变化的概率分布,用该模型对三峡建库后的香溪河库湾水质进行了预测,其成果可为三峡库区水环境保护及规划治理提供设计数据。     

三峡库区奉节县新城植物油厂滑坡地下水动力场分析

三峡库区奉节县新城植物油厂滑坡大多处于三峡水库水位以下,库水位变化对边坡(滑坡)稳定性影响较大,尤其在库水位骤降时,坡体内将产生较大的动水压力,不利于边坡稳定.采用数值模拟方法模拟了边坡地下水渗流场.结果表明,库水位由175 m骤降至145 m时,植物油厂滑坡所受动水压力远高于正常蓄水位时所受的动水压力;采取降低地下水位的工程措施后,有效降低了正常蓄水位下边坡内的动水压力,为科学治理滑坡提供借鉴.     

三峡水库蓄水后荆江河段水位变化研究

基于2003～2007年的实测资料计算了荆江河段冲刷深度,并利用河段各粒径组的冲刷量估算了其交换层厚度,得到河段达到极限冲刷状态后,在一般的年份交换层厚度不会超过蓄水初期的数值.在此基础上预测了荆江河段冲刷的最大值及相应水位变化.结果表明,与现有的研究成果相比,荆江河段极限冲刷量及中、高水位变化的幅度均较小.     

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。     

三峡水库下游水沙情势变化及影响因素分析

为定量评价三峡水库下游水沙情势变化并分析其影响因素,采用基尼系数分析了宜昌站1952～2016年径流量与输沙量年内分配均匀度,运用Mann-Kendall非参数检验、滑动T、累积距平法确定了水沙年内分配均匀度的变化趋势及其突变年份,进一步将水文要素划分为汛期(6～10月)与非汛期(11月～次年5月),并采用累计量斜率变...     

水库垂向水温数值模拟研究

以去学水电站为例,在充分考虑流量、流速、气温、辐射等影响因素基础上,采用一维垂向水量水温耦合模型模拟预测水库垂向水温分布规律.结果发现;下泄水温变化规律基本与水库自然水温变化规律相近;水库水温垂向分层年内变化显著,年际变化不明显,并具有明显的滞后效应.