淮河生态用水多层次分析平台与多目标优化调度模型研究

建立了由宏观经济水资源配置模型、生态用水调度模型和闸坝调度的水量水质模拟模型组成的从宏观到中观逐步细化、优化与模拟结合的多层次生态用水调度分析平台,分别用于预测社会经济需水、分析协调社会经济用水与河道内生态用水的保障程度,模拟生态用水调度对水环境的影响.建立的淮河生态用水多目标优化调度模型分析结果表明:现状工程条件下,通过调度偏好调整,可有效提高河道内生态用水保障程度;在未来水平年,增加水资源调蓄工程可同时提高经济与生态用水的保障程度.     

基于MIKE3的金盆水库三维水温结构模拟研究

根据西安市金盆水库水文水力特征,充分考虑水库入流、出流、水气界面热交换、热扩散、热对流等影响因素,运用MIKE3软件建立了三维水温模型对金盆水库水温结构进行模拟,并基于2010年实测水温数据对模型参数进行了率定,运用2011年实测水温数据对模型进行验证,运用率定后的模型预测上游不同入库水水温及汛期泄洪洞中孔位置的改变对水温结构的影响,计算结果表明,上游入库水温度增加或减小会导致均温层水温相应的增加或减小;泄洪洞中孔位置上移将引起温跃层厚度减小,温度梯度也相应增大,泄洪洞中孔位置下移则会导致温跃层厚度增大,温度梯度减小。该模型能准确预测出金盆水库水温全年变化过程,具有较高的有效性和实用性,可为水源水库调度运行提供科学依据。     

三峡梯级电站水体溶解氧的累积影响分析

三峡-葛洲坝梯级电站的联合调度能有效调控泄洪,同时也会带来水中溶解氧浓度增高,甚至出现超饱和问题,危及下游鱼类的生存环境。本文通过建立水流运动和溶解氧浓度分布的数学模型,模拟了气泡传输的物理过程、溶解氧超饱和现象及梯级电站的累积效应,模型得到实测资料的率定和良好验证。结果表明,所建的数值模型能够较好地描述高速水流的运动特征和溶解氧输移扩散规律。在不同洪水流量下,利用这一模型预测了三峡-葛洲坝联合调度后下游溶解氧的超饱和状况,当流量大于30000m3/s时,葛洲坝下游庙嘴断面的饱和度将大于118%,是很需要注意的问题。     

水库水温数学模型及其应用

对标准k-ε紊流模型进行浮力修正,建立了剖面二维及三维水库水温计算的浮力流模型并采用已建漫湾水库库区实测水温资料对模型进行了检验。将检验后的模型应用于瓯江滩坑水库的水温分布预测研究中,其中采用剖面二维模型进行全库水温分布预测,并为坝前三维模型提供进口边界;采用三维模型对近坝段水流结构以及水电站下泄水温进行精确模拟,从而实现下泄水温的精确模拟。根据计算结果,分析了水库建成后下泄水温与天然水温的差异,对比了各典型年不同电站开机组数和不同电站取水口高程条件下水库下泄水温的差别,为该电站取水口高程和机组运行方式的制定提供了一定的参考依据。     

沿海电厂温排水环境影响及取水温升分析

在简化的三维水槽模型基础上,选取k-ε紊流模型,采用数值模拟的方法分析了沿海电厂不同取排水布置下温排水的热扩散规律,及各自布置下的环境影响大小,研究了取水温升值随取排水管道间距及半径变化下的情况。结果表明,在本文工况下,差位式取排水方式较重叠式更适宜、经济。     

基于水文指标变化范围法的水库生态调度方案评价

为对水库生态调度方案进行合理评价并选优,本文采用变化范围(RVA)法,对燕山水库下游官寨水文站1954—2000年日均流量资料进行统计分析,并根据分析所得32个水文改变指标(IHA)变化范围确定了环境流量范围。结合目前常用几种生态流量计算方法提出9种生态流量方案,建立生态调度模型,模拟日放水过程。根据模拟日调度流量结果计算各指标的水文改变度,并对其进行分析。最后,根据分析结果,提出了使社会经济目标与生态目标均衡优化的综合效益最优调度方案。     

阶梯溢流坝与跌水建筑物复氧能力预测研究

溶解氧含量对于维持河流,特别是城市河流的生态环境起到关键作用。河流中修建的泄水建筑物不仅具有蓄水功能,而且在泄水过程中,可使水流湍动卷吸大量的空气进入水体,从而使溶解氧含量增加。为了对不同形状的泄水建筑物复氧能力进行预测,本文选择阶梯溢流坝和跌水型泄水建筑物作为典型的河道型泄水建筑物。在室内模型试验中,通过改变阶梯型溢流坝面上阶梯的高度(或宽度)和流量,测定了34种工况条件下的坝上、下游溶解氧浓度和水温,观测了掺气发生起始点的位置。对阶梯溢流坝面水流的复氧能力进行分析,建立了在相同坝高条件下阶梯溢流坝复氧效率与单宽流量、阶梯高度以及溢流坝底坡的定量关系式;通过收集整理跌水建筑物原型观测32组数据,建立了跌水建筑物复氧效率与跌水流量、跌水高度以及尾水深的定量关系式。这两个定量关系式的建立,可快速计算出阶梯溢流坝和跌水建筑物的复氧效率,给环保以及水利工作者优化设计低矮型泄水建筑物提供了理论依据。     

温排水水槽试验与平面二维、准三维及三维数值模拟的比较

平面二维(简称"二维")、分层三维(简称"准三维")和三维模型是温排水数值模拟中的重要工具,但三种模型在温排水研究中的关键参数和模拟效果还缺乏系统研究。本文以人工气象试验厅内开展的温排水水槽试验为研究对象,分别采用常用二维、准三维和真三维模型进行了数值模拟,并与水槽试验结果进行对比。研究表明:三种模型的关键敏感参数为网格精度、广义黏滞系数和广义热扩散系数。二维和三维远区模拟效果相近;浮射流近区流场和温度场的卷吸掺混三维特性明显,三种模型模拟效果存在差异:准三维模型与三维模型相比,射流动量模拟不足,水温垂向梯度偏小,回流区位置和尺寸捕捉精度略低,在温升面积、形态等方面的模拟效果差于三维模型。     

基于支持向量机的梯级水电站群中长期调度计划制定及评价

针对国内外水电站实际调度水平与优化调度理论间差距普遍较大的现状,基于确定性优化调度成果,运用支持向量机理论建立了水库水电站实际运行的中长期调度计划,以提高水电站实际运行调度水平.结合决策变量与相关因子筛选、训练样本与预测样本划分、模型参数优选等技术处理,将调度计划应用于金沙江-长江中游水电站群中的4座月调节性能以上水电站,预测结果表现出了良好的拟合精度.进一步模拟调度计划,指导梯级水电站群长系列调度运行,结果表明,模拟运行较好地继承了确定性优化调度在发电量、发电保证率及发电过程方面的效益,证实了该方法的可行性和有效性,为梯级水电站群实际优化运行提供了有力的技术支撑和决策支撑.     

三峡-葛洲坝梯级水库水温影响研究

长江中游三峡-葛洲坝梯级水库蓄水,改变了河流天然水流情势,同时河流的天然水温情势也发生了变化.基于1959-2006年水库下游宜昌水文站实测水温资料,分析了葛洲坝水库和三峡水库蓄水前后宜昌站水温特征参数变化情况.定量分析了水库蓄水对下泄水温的影响程度,进而分析了水温变化对水生生物产卵繁殖的影响.分析结果表明,葛洲坝水库蓄水对下泄水温影响不大,而三峡水库蓄水后,水温在降温季节9～2月份高于三峡水库蓄水前表层水温,而在升温季节3～5月份则相反.三峡水库蓄水对河流水温有一定的调节性,其下泄水温相对于天然状况有一定的滞后性,下泄水温变化影响到下游中华鲟和四大家鱼产卵繁殖,使得产卵时间平均推迟10天左右.该研究将为三峡一葛洲坝梯级水库开展生态调度以减缓其不利影响提供决策.     

Bakun水电站叠梁高程对下泄水流溶解氧影响数值模拟

在库温分层条件下，Bakun水电站通过设置导水叠梁来获得表面取水效果，本研究采用数值模拟手段，模拟不同叠梁高程和不同水位时坝前库区流场分布和坝前溶解氧沿水深分布，然后计算出下泄水体中溶解氧的变化过程。为叠梁高程的选取提供技术支持。     

汛期水位波动对香溪河库湾热分层特性及水质的影响

本文以三峡水库典型支流——香溪河为研究对象,研究汛期水位波动对热分层特性及其对水质的影响.于2019 年6 月5 日-8 月30 日对香溪河中游进行定点气象、垂向水温及水质监测,并同步获取香溪河上游及干流水文数据.结果表明:香溪河热分层时期日循环特征显著,垂向水温差异明显,混合层深度在0～19.37 m之间变化,水位与...     

溪洛渡水库水温时空特性研究

水温是水环境评价的重要因子,水库建设对库区水温及下泄水温的影响是工程环境评价的重要内容。以溪洛渡水库实测水温数据为基础,通过建立立面二维CE-QUAL-W2水温模型来分析水温特性,并采用基线偏离指标、相位偏移指标、极值变幅指标来评价下泄水温的变化。研究结果表明：实测垂向水温结构和已有研究成果存在一定差异,垂向水温分层存在季节性变化,3—10月垂向水温分层显著,表温层水温范围在15 ~ 23℃,厚度由50 m增加至100 m;温跃层中心海拔由520 m下移近90 m,厚度由20 m减小至10 m;滞温层水温基本维持在14 ~ 15℃,范围逐渐缩小。表温层受入流水温、入库流量影响更为显著,表层水体不存在明显温度梯度,汛期深孔泄水加速温跃层下移。溪洛渡蓄水后,下泄水温过程推迟达36天,最低水温升高近2℃,最高水温降低约1℃。溪洛渡工程建设对下泄水温的影响主要体现在升降温过程滞后（滞温效应）、最低水温升高和最高水温降低（均一化效应）。     

多层孔型取水口下泄水温试验研究

水库水体温度具有明显的沿深度成层分布的特点,表层水温和底层水温相差很大,有时温差值可达20℃左右。多层孔型取水口是一种典型的水库灌溉取水装置,其目的是控制灌溉用水的温度以利于作物生长。目前,缺乏对多层孔型取水口下泄水温规律的研究。本文依据某水库水温资料,通过试验直接模拟水库水温分布,改变取水口淹没深度及下泄流量,探讨下泄水温与库内水温分布、淹没深度、下泄流量之间的关系。试验结果表明,下泄水温随取水口淹没深度增大而减小,随取水流量增大而增大,下泄水温还与库内水温分布有关。本文研究成果为多层孔型取水口的设计及运行管理提供理论依据。     

西北寒旱区高坝水库的水温与冰情研究

为探究西部寒旱地区水库修建对水温、冰情的影响,采用垂向一维水温冰情模型及纵向一维水温模型,对黑河黄藏寺水库库区和坝下游河道水温、冰情进行了预测,并与建库前进行了对比和分析。研究结果表明:黄藏寺水库水温结构为分层型,冬季坝前水温呈逆温分布,水库的修建对库区及坝下河段冰情程度有一定的弱化,初冰时间较建库前推迟约1个月,冰情持续时间减少约20天,最大冰厚由建库前的0.76 m减小至0.49 m,坝下一定范围内不再有冰情出现;水库泄水出现了一定的春夏季低温水及秋冬季高温水现象,沿程水温在各时段均出现了不同程度的恢复效应。     

基于改进调度图的西大洋水库综合调度研究

水库的建设为人类带来了巨大的社会经济效益,但同时由于传统的水库在建设和运行时对河流生态系统安全以及库区的环境保护考虑不足,也引发了一系列的生态环境问题。实施兼顾社会经济需求和河流生态健康的综合调度是减轻水库对于生态系统负面影响的主要方法之一。本文提出一种基于改进调度图的综合调度方法,将生态需水作为水库兴利调度的一个用水部门加入水库调度计算,对水库原有调度图和调度规则进行调整。和基于优化模型的多目标调度方法相比,该方法具有简便、直观、可以在缺乏径流预测的情况下使用的特点。本文进一步将该方法应用于大清河流域的西大洋水库,根据下游白洋淀湿地的生态需水要求,绘制了西大洋水库的改进调度图,制定了相应的综合调度规则。根据改进调度图的指导,西大洋水库在协调社会经济用水的同时可以保证白洋淀在平水年、枯水年和丰水年的平均水位分别达到6.78m、6.5m和8.42m,基本能够满足白洋淀的生态需水要求。     

三峡水库汛期中小洪水调度对支流水华的影响

为研究三峡水库汛期中小洪水调度对典型支流水华的影响,以香溪河为例,选取2010—2019年水库调度过程中各环境因子参数进行分析.结果表明:汛期香溪河库湾水温适宜,光照、营养盐含量充足,利于藻类水华暴发,而利用洪水调度来防范支流水华仍是目前最直接有效的方法.三峡水库进行洪水调度时,改变了香溪河库湾的水动力和水环境条件,混...     

云南松花坝水源区水质藻类生物学评价与影响藻类生长的因素研究

为开展松花坝水库水源区藻类在线监测预报预警,消除水华（生物污染）的威胁,运用藻类分类学、藻类生理生态学等技术手段,对云南省松花坝水源区藻类开展种层级的普查,利用藻类生物多样性指数和藻类指示特性,对水质进行生物评价,然后,在了解藻类生活史基础上,将流速、流量、水位等水文信息与藻类种类组成、生理特征、行为习性等生物信息结合的方法,运用水库生态调度方式和水利手段对藻类进行调控,抑制藻类生长、繁殖和扩散,有效地控藻除藻。调查研究表明,松坝水源区藻类经鉴定有7个门11纲12目18科30属48个种及变种,有较多清水型藻类,水质总体较好,但有富养化趋势,可能发生甲藻水华（生物污染）,暴发时段可能时段在5月底至六月初,暴发地点为谷仓坝。当流速超出（0.5～0.85）m/s区间或水位发生0.05m的变化或水温发生2℃的变化,藻类群落结构与组成发生巨变。     

三峡水库坝下水温变化及其对鱼类产卵影响

三峡水库的运行改变了坝下河段天然水文情势,为研究三峡-葛洲坝梯级水库对中游河道水温的影响程度,应用滑动平均法、Kendall秩次相关检验和Spearman秩次相关检验分析宜昌站水温年际变化趋势,利用水库对河流水温影响的评价指标量化评价水库对宜昌站水温过程的影响程度。研究表明,由于葛洲坝水库调节库容较小,葛洲坝水库蓄水对宜昌站水温影响较小;三峡水库蓄水后,宜昌站水温波动效应明显增强,主要表现为明显的滞迟效应,均化程度呈逐年加深趋势;三峡水库蓄水改变了坝下河道原有的天然水温过程,水温的滞迟效应表明三峡水库运行导致的水温变化使中华鲟的繁殖时间推迟29天左右。此研究结果为面向生物保护的三峡水库生态调度提供科学支撑。