戈兰滩水电站水库水温数值分析

戈兰滩水电站建成后,正常蓄水时坝前水深超过百米,水库水温分布成为大坝设计、施工、运行管理及水环境保护工作的重要基础资料.为获取水库水温分布状况,满足工程需要,文章作者采用数值计算方法,重点分析和预测水库垂向水温分布,这种水温分布预测结果较好地反映了戈兰滩水电站水库的实际情况.     

水库工程对水温的影响

新建水库对水温的影响分析，过去均采用与已有水库进行对比，由于受地理、气候等诸多条件的限制，难免会出现偏差。在评价白石水库水温变化对环境影响的工程中，首次采用数学模型和用微机进行计算，得出水库水温变化规律，并用已建成的参窝水库实测资料进行检验，证明计算结果合理。     

二滩高拱坝温度边界条件的研究

通过对二滩水电站气温、库水温的实测资料、水库运行情况、库底淤积情况等分析,总结分析了影响高坝坝前水温的因素,认为在分析高坝水库水温时,除了要考虑水库的形状、水文气象条件外,还应充分考虑水库运行条件、水库初始蓄水条件对水库水温的影响.     

山口岩水库水温计算及其对下游河道水温影响分析

对山口岩水库水温分布、水库泄水温度状况及坝下游河道水温沿程变化作了预测,结合灌区工程布置及灌溉农田的基本情况,对水库兴建后水温对下游农田灌溉的影响进行分析评价,结果表明:库区水温结构属典型的分层型;在坝址至半山水汇入口6km长的河段水温回升较慢,年平均水温温升率为0 414℃/km,对应的左岸直灌区和锡陂灌区沿程水温在水稻生育期的月平均值低于水稻生长所需的最低水温,需采取调温措施;在坝址下游10km断面,由于受袁河支流半山水汇入影响,各月平均水温与建库前天然水温相差不超过0 3℃,能满足农田灌溉的要求。最后从工程设计、水库调度运行、灌溉方式等方面提出了对策措施。     

支流影响下的水库水温预测模型

采用宽度平均的立面二维水温模型,通过分析支流和主库之间的相互影响,提出了支流与主库耦合的简化方法,建立了考虑支流影响的水库水温模型。在考虑有无支流影响的条件下,对水库水温分布、水库下泄水温和坝前垂向水温分布均作了比较,结果表明支流对水库水温分布有一定的影响,所建立支流与主库耦合的立面二维水温模型能够较好地反映存在支流影响的水库水温分布,预测水库水温分布比较合理。     

上寨水库坝前垂向与坝下水温预测分析

本文以上寨水库为研究对象,通过对水库水温结构的判定,分析分层水库坝前垂向水温与水深的关系,并结合主体工程设计采取的分层取水措施进行坝下水温的预测分析,进一步论证了分层取水能有效地减轻低温水对下游农田灌溉带来的不利影响,对同类型水库的坝前垂向及坝下水温预测分析提供了一定的借鉴意义。     

水库水温数值预测方法

水库水温是混凝土大坝的一个重要的温度边界条件,是大坝温度应力和温度控制的重要影响因素之一。如何在水库建成前,合理地预测水库建成后的水温分布情况,是大坝设计的一个重要前提。通过对多个水库水温的调查分析及预测研究,总结出水库水温分布的基本规律和主要影响因素,主要影响因素包括:水库形状、水文气象条件、水库运行条件和水库初始蓄水条件。介绍了目前工程中预测水库水温分布的主要方法,并采用水库水温数值分析软件,对二滩水库和锦屏一级水库水温进行数值预测,结果与实测资料吻合良好。     

白鹤滩竹寿水库坝前垂向水温及影响因素浅析

作为白鹤滩电站移民工程安置点引用水源,竹寿水库是一座以灌溉为主,兼有防洪、发电等综合利用的中型水利工程,以解决包括移民安置点在内的大同乡的农业灌溉用水为主要目标,同时也作为大同乡、景星乡和宁南县城及周边地区生活用水的补充水源。通过对水库水温结构的判定,分析了水库坝前垂向水温与水深的关系及其影响因素。     

水温综合模型在漫湾水库水温计算中的应用

水库尤其是高坝大库的兴建会使水温产生较明显的垂向分层,垂向水温的分层计算能够确定出水库下泄水温,进而较准确评价河道的水温变化.构建了"人工神经网络模型+统计法+朱伯芳法"综合预测模型计算水库垂向水温分层,以漫湾水库为研究对象对模型进行了检验.结果表明模型结构是合理的,所有月份和所有垂向断面计算水温与实测水温的相对误差均小于8%,模型用于预测水库坝前垂向水温分布是可行的.     

前置挡墙对董箐水库下泄水温的影响

为明确前置挡墙对水库下泄水温及坝前水温分布的影响,以董箐水库为例,构建三维水温-水动力数学模型。模拟不同挡墙高程下的下泄水温和坝前水温分布,分析前置挡墙高程与下泄水温、坝前水温分布间的变化规律。结果表明,下泄水温的改善效果与挡墙高程密切相关:挡墙高程低于取水口高程时,挡墙高程的变化对下泄水温几乎无影响;挡墙高程高于取水口高程一定高度时,挡墙高程越高,下泄水温越高;挡墙高程480 m时,4月下泄水温最大升温1.11 ℃。下泄水温的提高度与挡墙和取水口位置对应的坝前垂向水温差线性相关。坝前垂向水温分布也受挡墙的影响,挡墙高程高于取水口高程一定高度时,随着挡墙高程的增加,分层期温跃层厚度增加位置上升。下泄水温的改善效果与挡墙高程的关系较为复杂,下泄水温提高度增长较快位置分别出现在挡墙高程471 m和475 m处。考虑方案的工程可行性,挡墙高程471 m为改善下泄水温的最优选择。研究可为前置挡墙的设计及工程优化提供方法和参考。     

乌江梯级开发对东风水库水温分布影响分析

为探讨梯级电站联合运行对下游水库水温影响,以乌江梯级开发电站中的东风水库为研究对象,根据东风水库2002年及2006年实测水温数据,分析了东风上游水库建成前后东风水库水温的变化过程,同时运用EFDC模型计算了东风水库上游引子渡和洪家渡水电站下泄低温水对东风库区表层水温及坝前垂向水温的影响。结果表明:梯级水库运行对天然河道水温的累积性影响程度跟主要支流水体温度及流量均有关,入库流量越大,东风库区相同位置库表水温越低,与天然水温的温差越大;下泄低温水温度越低,相同位置库表水温越低,与天然水温的温差越大;入库流量越大、入流温度与天然水温温差越大,低温水影响越大,上游下泄低温水对库区累积性作用越明显。     

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。     

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。     

拱坝坝后局部加固对大坝工作性态影响研究

为明确坝后局部加固体对拱坝工作性态的影响,应用结构多场仿真与非线性分析软件SAPTIS对50年后拱坝任意时刻温度场进行仿真模拟,研究了某拱坝无、有加固体情况下大坝在典型工况下的变形、应力差异和结合面状态。模型中,坝体和基础网格采用六面体网格,边界约束条件为地基底面、地基侧面以及上下游面加法向链杆约束,并考虑了正常水位和水库水温变化过程、气温变化过程、混凝土水化热、太阳辐射等影响。结果显示:在正常温降情况下,该大坝无加固体和有加固体时,向下游变形分别为23.1 mm和20.1 mm,差别为13%,在正常温升情况下,差别达20%;有加固体时,上游面边缘部位受拉区域范围增加,与下游加固体尺寸大致相同,但拉应力最大值明显减小,由1.3 MPa减小为0.9 MPa。结果表明:大坝与加固体结合面普遍处于压剪状态,上部边缘区域应力集中现象明显,内部应力较小;坝后局部加固体增大了坝体刚度、减小了大坝向下游变形、改变了坝体应力分布规律,使得应力分布更均匀化,对大坝工作性态有一定改善作用。     

拱坝温度荷载计算方法的改进

目前计算拱坝温度荷载时上游水位固定在正常蓄水位,但实际库水位是变化的,由于水温与气温的巨大差异,上游水位的变化对拱坝温度荷载有较大影响。笔者提出了按照上游实际运行水位计算拱坝温度荷载的方法,计算结果表明,其影响比较大。     

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。     

柴河水库大坝坝基渗流监测数据研究

柴河水库大坝右坝段坝基存在渗漏问题,为了水库大坝的安全建设和运行对大坝监测数据进行研究非常重要。采用逐步回归分析法对大坝坝基测压管多年监测数据建立了统计回归分析模型,计算结果表明,观测值与拟合值统计复相关系数较大,估计标准误差较小,模型有效地反映了坝基渗流的变化规律和发展趋势。为了监控大坝的安全运行和辅助决策,利用小波神经网络建立了有效的坝基渗流量预测模型,计算结果表明,该预测模型收敛速度较快、预测精度较高,能正确地模拟和预测大坝的渗流量。     

耦合溃口演变的二维洪水演进数值模型研究

为更好地模拟溃坝洪水过程,本文采用源项法耦合了溃口演变模型DB-IWHR与基于GPU加速技术的二维水动力模型,建立了一个包含上游库区二维水动力过程、溃口演变和下游淹没区二维洪水演进的高性能耦合模型。模型中所用源项法为在同一时间步长内,通过二维浅水方程的源项将溃口演变模型计算的流量转换为二维水动力模型溃口上下游各标记网格水深的变化值,以此来实现溃口上下游之间的水量交互。该模型的优势在于所用源项法简单易实现,充分考虑溃口的冲刷过程及上下游水动力过程,同时引入GPU技术加速计算。最后,将耦合模型应用于一个土石坝和两个堰塞坝溃决算例,所得结果与实测吻合较好,模型运行快速高效,这表明基于源项法的耦合模型可实现对土石坝、堰塞坝溃坝等灾害事故的合理高效预测,为应急抢险工作提供有力支撑。     

特高拱坝运行初期变形预测模型温度因子选取方法

特高拱坝运行初期坝前库水温垂直分层逐步形成,坝体混凝土持续水化内部温度回升。传统变形预测模型采用的周期项温度因子不能很好地描述运行初期环境和坝体内部温度的非线性非稳定性特征。对此,融合主成分分析和分层聚类方法,提出了基于主成分分层聚类法的运行初期实测环境和坝体温度因子分类分区及典型测点的选取方法;同时,引入了可反映周期性库水位变化下运行初期谷幅收缩变形特征的指数和周期项的组合时效因子;在此基础上,构建了基于实测温度因子的多元回归模型和支持向量机模型。实例分析表明,选取的实测温度因子能较好地反映运行初期坝体温度的时空变化特征,以此构建的模型比传统模型具有更高的预测精度。     

梯形透水潜坝附近水面线及透水率

为研究结构物的透水特性和水动力特性,利用PIV流场测量系统专用水槽物理模型试验与Flow3D数值模拟相结合的方法研究均匀开孔的梯形透水潜坝附近水面线及坝体透水率的变化规律。结果表明:潜坝附近壅水及水跌高度随透空率的增大而减小,不同透空率潜坝坝后水面均出现"逆坡现象"。相同断面平均流速条件下,水深越大,相对壅水高度越小;当水深大于2倍坝高时,坝体壅水效果逐渐消失。相同坝前远端水深条件下,随着断面平均流速增大,坝后水跌高度增大。最后利用数模计算结果经回归拟合得到透水率的综合计算公式,经验证该经验公式计算结果和实测值最大偏差不超过5%,具有一定的可靠性。