海南昌江核电厂低放废水数值模拟研究

建立了工程海域平面二维潮流、低放废水数学模型,对核电厂运营期排放的低放废水输运扩散进行数值模拟,分析核电厂低放废水在受纳海域内输运、扩散规律,得出了厂址附近海域内不同半衰期核素的相对浓度分布及核电厂取水回归浓度,并统计了排水口周围不同距离海域的核素平均浓度,为核电厂取排水工程的设计和环境影响评价提供科学依据。     

沙源区水库氮磷营养盐时空分布与相关性分析

为揭示典型沙源区水库水体氮磷等营养盐时空分布特征和相关性,以大河口水库为研究区,布置5个监测断面,对水库水质进行采样分析,结果表明:受风沙降尘、上游河流水质和库区底泥影响,在时间分布上,4月水体解冻至6月,各检测断面TN、TP等营养盐浓度总体呈明显持续升高趋势;在空间分布上,从入库口A-A断面和B-B断面至出库EE断面TN、TP浓度逐渐降低;在垂向分布上,水库表层水体和底层水体氮磷浓度高于中层水体;TN、TP在水库中的变化规律一致,呈一定比例存在于水库中;温度是影响TN、TP浓度变化的重要因子;藻类的生长对TN和TP起抑制作用;水库中TN、TP的变化与DO含量基本无关。     

基于生命周期的水库温室气体排放计算

采用简化的生命周期评价(LCA)方法,将水库生命周期划分为建材生产、材料运输、建筑施工、水库蓄水淹没初期和稳定运行期等阶段,构建了适合于各类型水库温室气体(GHG)排放计算的方法;以低丘区浅水型防洪为主的峡江水库为例,计算分析了该水库生命周期GHG排放量和阶段分布特征,并计算对比了水库发电GHG排放系数.结果表明,该水库生命周期GHG排放主要发生在运行期,且绝大部分由水库淹没水体产生:水库发电GHG排放系数比以发电为主的水电站要高,但仍然远低于化石燃料发电.     

海湾水库突然泛咸的实验研究

通过室内中型水槽实验模拟分层水体受到突然扰动后水体盐分浓度及含盐总量的变化,探讨海湾水库的突然泛咸机理。结果表明,水体受到强烈扰动后,底部咸水与上层淡水的混合将导致库水整体泛咸;表层沉积物中的盐分也是库水泛咸的重要盐源,扰动条件下表层沉积物盐分的增强释放将强化库水的泛咸程度。海湾水库水体的分层结构与稳定强度明显不同于温度分层水库,导致它与温度分层水库的混合频次不同。海湾水库运行过程中,可以采用机械抽排水库底层咸水等措施来抑制库水泛咸。研究结果可为海湾水库的突然泛咸管理提供理论与实践依据。     

大型水库不同取水方式对下游鱼类生态环境影响研究——以贵州省夹岩水利枢纽工程为例

大型水库建设使得下泄水体水温发生改变,对下游生态环境产生不利影响。以贵州省夹岩水利枢纽工程为例,运用数值模拟方法,分析工程建设后库区水温垂向分布及其低温水下泄影响。研究结果表明夹岩水库库区垂向水温稳定分层,库区表底层温差随着季节变化明显,表层水温主要取决于光照强度,底层水温较稳定。与单层取水方式相比,分层取水方式能有效提高夏季下泄水体水温,降低下泄水体与天然水体温差,缩短下泄低温水恢复距离,减缓对下游河道特征鱼类生存环境的负面影响。     

水下推流对北京筒子河水质及藻类生长影响研究

通过筒子河水下推流水质改善工程的后期监测,对水动力与藻类生长及水环境的关系进行了研究,结果表明,水下推流能够较好地达到推动水面流动的作用,有效增加上下水体混合,提高水体底层DO浓度,抑制藻细胞的生长和表面聚集,减少水华的发生。但扰动的增加也加大了底质再悬浮,使水体底层TP浓度有所升高。     

基于水龄抑制蓝藻水华的供水水库取水方案优选

水体交换年龄称为水龄。水龄长是水库富营养导致蓝藻水华的重要因子。水龄也是环境水体混合过程分析中最佳的示踪指标,可描述水团的混合和更新、污染物的混合和消解等,故常用于研究湖库水体被外源水置换的能力。采用基于染色模拟的水龄模拟方法,改进了EFDC模型,以优选太仓二水厂供水水库取水泵房位置为例,建立了三维数学模型,模拟了不同布置方案对供水水库环流结构和水龄的影响,从而优化供水水库的水龄分布,抑制蓝藻水华。由于水库的氮磷营养盐输入量、水深、气温等自然条件难以控制,通过优化取水泵房位置可以改变水库环流特性,改善水库水体水龄分布,减少水龄、抑制蓝藻生长,从而降低水库富营养化的风险。     

水库缺氧区时空演化特征及驱动因素分析

湖库水体在热分层时期的缺氧现象将严重影响底层水体水质,破坏底层水生生物栖息环境,导致湖库整体水质及生态环境质量的下降。本文以引滦入津源头工程大黑汀水库为例,研究了水库热分层及缺氧区的时空演化特征,识别了在一定的水质及底质污染状况条件下,水库缺氧区形成与演化的主要驱动因素。研究表明,大黑汀水库缺氧现象出现时间为每年6月份至10月份,最严重时全库有60%的回水区域会出现缺氧问题,坝前延伸距离可达12.0 km。缺氧区内水体溶解氧浓度低于2.0 mg/L。研究认为,热分层状况是决定水体溶解氧状况及缺氧区演化的主要驱动因素;藻类浓度通过对溶解氧结构及底层水体耗氧条件的影响驱动了缺氧区的年内演化规律;水库的地形条件变化是水体缺氧区形成的重要辅助性因素;水动力学条件则主要影响水库缺氧区的稳定性。     

三峡库区大宁河库湾水体混合过程中的营养盐行为

为研究不同水文期不同水体混合模式下大宁河库湾的营养盐行为,基于2012年大宁河的现场监测数据,分析营养盐时空分布特征,采用箱式模型对不同水文期营养盐的收支量进行计算,以期为制定大宁河富营养化和水华控制策略提供理论依据。试验及计算结果表明:在泄水期,干流水体通过表层逆向进入库湾,而支流水体通过底层潜流向河口运输;在汛限期和蓄水期,干流水体主要通过中上层逆向进入库湾,而支流水体通过底层潜流向河口运输。干流对支流的逆向顶托作用常年存在,泄水期、汛限期、蓄水期干流对支流的贡献率分别为70.38％、28.42％和59.56％。在水体混合过程中,库湾上游来水以及干流顶托来水的混合作用是控制库湾水化学组成的主要物理因素。     

三峡水库香溪河库湾不同异重流下水温分层模式研究

三峡水库蓄水后支流库湾水体的水动力条件发生变化,水温在垂向上的分布也呈现出了不同模式。为了分析不同类型的倒灌异重流条件下水体的水温分布情况,对香溪河库湾不同断面的水温进行原位监测,并构建库湾水体的水温水动力数学模型(CE-QUAL-W2)。研究结果表明:水库正常运行的不同时期,香溪河库湾水体的主要水动力条件和水温分布结构均不同,在水库运行时的泄水期,库湾水体水动力主要为表层倒灌异重流,水温呈现传统的分布模式;在水库汛期低水位运行时,库湾水体水动力主要为中层倒灌异重流,水温呈“双混斜”式分布;在水库蓄水期,库湾水体水动力主要为底部倒灌异重流,水温呈“半U”型分布。研究成果可为揭示香溪河水流水温特性、营养盐迁移及水华预测预报提供相关的理论支持和技术支撑。     

强降雨过程中入库面源污染对库区水质的影响

为分析强降雨导致面源污染入库对库区水质的影响,以大伙房水库为例,构建库区三维水动力及水质模型,分析了强降雨过程中库区三维水动力及污染物浓度空间变化特征。结果表明:当入库流量较大时,库区水流场主要受吞吐流影响。污染团在水流输移作用下向下游迁移扩散,最大浓度及影响范围随时间先增加后逐步减小。当入库流量逐步减小时,吞吐流的影响逐步减弱,水流场变化受吞吐流和风生流共同支配。污染团在迁移过程中受此影响,浓度在三维方向呈现相应变化特征。研究结果可为制定更为切实可行的面源污染治理措施提供技术参考。     

运行流量对库区污染物下泄影响研究

本文通过直接求解水体三维污染物运动方程，模拟了概化水库中污染物运动，系统分析了运行流量对污染物下泄的影响。研究表明，不同污染物来流条件下，增大运行流量有利于污染物下泄，减小污染物在库区滞留时间和水库下泄水流水质超标时间。作者将分析结果应用到紫坪铺水库突发性污染事故预警系统中．针对不同污染物来流条件提出了相应应急目标和应急运行措施，为相关管理部门和人员决策提供技术支持。     

非对称复式断面明渠中污染物输移扩散的大涡模拟

运用大涡模拟计算了两个非对称复式断面明渠内的水流运动和污染物扩散，其中由亚格子尺度涡运动引起的亚格子应力与物质扩散通过Smagorinsky-Lilly亚网格模型模拟。预测结果与Shiono等使用激光多普勒流速计(LDA)和激光诱导荧光技术(LIF)测量的实验数据进行了对比，计算得到的流场结构和污染物浓度分布均较好地吻合于测量结果。成功地再现了在其中一个复式断面明渠中观测到的横向浓度分布呈现显著双峰值的现象，根据计算的流场得出复式断面明渠中流向交替变化的强烈横向流动是产生这种现象的主要原因。     

再论异重流和均质流动的一些相似关系

在对上层静止下层流动的异重流和均质明渠流之间相似关系研究的基础上，本文将这一成果推广，给出了上层流动下层静止的异重流和均质明渠流之间的一些相似关系，并将结果应用于二维重叠式排取水口的水深计算，结果与前人的实验一致。考虑到实际的重叠式排取水口都是三维的，所以本文利用前人的实验结果，进一步给出了三维重叠式排取水口高度及水深的计算方法，所得结果揭示了排水口温差水跃的形成机理和形成条件。     

二维水沙和温度及浓度场数学模型与应用

 根据水流泥沙运动和水质（温度及浓度）扩散传播基本理论,建立了平面二维水流泥沙和温度及浓度场数学模型,以之研究水库、河道、河口水流及其输移物质运动规律,并采用有限体积法和有限元法来离散和求解这些模型方程组,用以模拟河道水流及其输移物质运动规律。该模型计算过程稳定,计算速度快,已在诸多工程中广泛应用,并得到原型观测成果的检验。     

洞坪双曲拱坝三维渗流及坝肩稳定分析

洞坪双曲拱坝两岸坝肩天然地下水位较高,右坝肩被河道切割临空而相对单薄且存在可能滑移体.坝址区渗流特性及两岸坝肩的稳定性是工程非常关心的问题.根据洞坪坝址区水文地质条件及坝基防渗处理设计措施,动用三维有限元法对洞坪拱坝蓄水后稳定渗流场及坝体坝基整体应力场进行了计算分析;根据有限元应力结果和传统的刚体极限平衡法对两岸坝肩各结构面形成的可能滑移体进行了坝肩稳定计算.结果表明,坝肩具有足够的稳定安全度,不需要采取工程加固措施.     

浓度及温度场问题三维数值模拟及应用

研究温度和污染物的扩散规律,对于健康河流具有十分重要的意义。在排水口附近,温度和污染物的扩散具有很强的三维性。在已开发的三维紊流水动力模型基础上,研制了浓度及温度场三维数学模型。在模型中,空度用来处理不规则边界,VOF用来处理自由面。另外,模型还采用了k-ε紊流模型和壁面函数。利用建立的模型,对水槽和天然的排水口附近的水位、流场、紊动能及其扩散率、温度场和浓度场的分布规律等进行了模拟和研究。通过研究进一步认识了排水口局部三维水流运动规律,浓度和温度扩散规律及分布。     

水库水温分层对浮式取水口前流速分布的影响

由于目前缺乏对浮式取水口前流场变化规律的研究,以分析水库水温分层对取水口前各断面流速分布影响为目标,依据某水库水温资料,采用k-ε紊流模型对浮式取水口前流场进行三维数值模拟,针对水库水温均一和水温分层的两种情况,研究取水口前流速分布,分析水库水温分层对取水口前各断面流速分布的影响。研究结果表明,在浮式取水口附近,水温均一和水温分层的流速分布存在着差异,这种差距随着取水流量和淹没深度的增大而减小。研究成果可为浮式管型取水设施的应用和运行提供技术支持,为取水水温预测提供理论依据。     

横向槽沟内泥沙淤积与水平轴环流变化的数值模拟

本文建立了剖面二维水流泥沙数学模型。采用贴体坐标及有限差分方法，用流函数-涡量为变量的零方程率流模型求解流速场。对横向槽沟内泥沙淤积与水平轴环流进行了数值模拟，并分析了槽沟内泥沙淤积与水平轴环流变化的关系。     

西藏老虎嘴水电站左岸渗流控制优化

西藏巴河老虎嘴水电站左岸副坝、防渗系统、围堰和厂房等均坐落在最深达206m的覆盖层之上。根据其工程地质条件，建立了能够反映其主要工程地质构造和坝基面几何形状的三维有限元模型，详细分析了其防渗墙的长度、深度以及覆盖层渗透性对下坝址左岸坝基渗流场的影响，提出布置长300m、深80m的悬挂式混凝土防渗墙或防渗帷幕的渗流控制优化设计方案，并建议采取反滤防护工程措施保护下游出逸面岸坡。