控制幕作用下水库温流场特征初步研究

大型水库建成后由于库区水动力学特性、光混特性、热量特性等发生了改变,水库垂向水温将呈现出明显的分层现象,对库区及其下游河道的生态环境造成显著影响,常通过采用分层取水措施加以改善。针对控制幕分层取水方法,通过温分层水槽试验,研究了分层水体中设置水温控制幕后,控制幕前水温、流速分布特征以及下泄水温的变化情况。试验考虑了不同热冷水流量比、控制幕距取水口距离、取水口位置和控制幕遮挡率等因素的影响。试验结果表明:控制幕设置后,控制幕上游近幕布区域温跃层厚度减小,温跃层强度增大,水体掺混受到抑制;控制幕下游温跃层厚度增大明显,控制幕促进了控制幕下游水体的垂向扩散,破坏了原水体分层现象;控制幕上游近幕布区域,热冷水流量比越小取水口位置越低,控制幕遮挡率越小温跃层厚度越厚,温跃层强度越小。热冷水流量比增大,取水口位置提高以及控制幕遮挡率增加均会使下泄水温升高。     

水库温差异重流模型的研究

本文采用三维Spalart模型、k-ε模型和RSM雷诺应力模型，分别对水库温差异重流进行了模拟。以水库模型实验数据为判别依据，比较了几个模型的计算结果。RSM模型能相当准确地模拟水库中温差异重流的潜入、推进及库区涡流的形成过程。RSM模型模拟精度高，但其计算量大，收敛性和稳定性较差。K-ε模型收敛容易，且精度不差。在RSM模型计算不易收敛和工程应用中对精度要求不太高的情况下，k-ε模型不失为一种较好的选择。单方程的Spalart模型模拟精度差，不建议采用。     

水质垂直剖面自动监测在水库分层取水中的应用——以湖北赤壁市陆水水库为例

为确定陆水水库自来水厂的最佳取水深度,利用水质垂直剖面自动监测系统在陆水水库坝前选定断面,连续进行了近1 a的监测。根据监测资料分析了陆水水库坝前断面垂向水质随季节性变化所呈现的分层现象。结果表明：水库坝前断面水质参数在当年11月到次年2月为混合期,无显著分层现象;3月到10月为分层期,出现分层现象;表层水体受光合作用影响,易爆发蓝藻,深层水体浊度较高。因此,水厂最佳取水深度为水下5～6 m范围。     

水库异重流研究综述

从异重流的潜入条件、持续运行条件、头部运动、运行阻力、输沙排沙规律、浑水水库、数学模型等方面,介绍了各家的研究成果,并指出今后异重流研究的重点:①清浑水交界面的确定;②异重流流速、含沙量垂线分布数学表达方法的研究;③异重流排沙;④浑水水库和异重流联合排沙.     

浊度型清浑水交界面识别方法及其在水库异重流观测中的应用

针对传统异重流观测方法不利于对异重流进行实时追踪的问题,基于浊度型清浑水交界面的概念,提出浊度型清浑水交界面识别方法,并将其应用于紫坪铺水库汛期浑水异重流观测。该方法利用浊度值突变能判定异重流交界面位置,利用浊度型清浑水交界面描述异重流前锋厚度和浓度外边界线,并将异重流交界面位置确定在1.2～3.5 m厚的水层内,同时还分析了地形变化对异重流运动规律的影响。异重流原型观测结果表明,浊度型清浑水交界面识别方法可以作为水库汛期监测异重流的有效手段。     

控制幕运行方式改善下泄水温及其成因研究

控制幕取水方式能够有效地减缓温度分层型水库下泄低温水对下游生态环境的不利影响,但目前缺乏控制幕运行方式下泄水温规律的试验研究以及对下泄水温成因的分析。本文基于某水库水温资料,首先通过试验探讨不同控制幕运行方式对下泄水温的改善效果,总结下泄水温规律。其次,利用三维数学模型进行精细模拟,分析控制幕表层和底层同时过流运行方式的流动规律,探讨下泄水温成因。结果表明:控制幕表层过流运行方式能够显著提高下泄水温;采用控制幕表层底层同时过流运行方式时,主流区位于控制幕顶部和底部,下泄水体主要由表层高温水与底层低温水掺混而成,下泄水温取决于所取表层高温水和底层低温水的掺混比例。研究成果对温度分层型水库控制幕取水的运行调度具有重要意义。     

水库水温分层判别预测的模式的识别方法研究

本文提出了水库水温分层判别预测的模式识别方法。不直接描述水温分层的物理机制，而由模式识别的感知器算法直接从水库水温结构实际存在的类属特性中精炼概括分类规律，给出分层判别函数，从理论上解决了现行四种判别方法存在的对水温分层机理描述不完善，经验性强，通用性差等问题。     

分层型水库浮游生物的研究

以古田溪水库为例对分层型水库浮游生物进行了研究 ,揭示了其垂直分布和时空变化规律 ,以及与水温分层、水质指标、铁细菌等的关系。发现库区浮游生物在 3 0m以下的深层有一高峰区。     

泥沙异重流影响下的水库垂向水温分布预测模拟

水库水体异重流的变化是影响水库水温分布最为关键的因素之一。本文以黄河上游刘家峡水库为例,建立考虑泥沙异重流影响的三维水库水温模型,利用已有水库水温分布监测数据对模型进行验证。在考虑有无泥沙异重流影响的条件下,对水库汛期库区垂向水温分布进行预测和比较。模拟结果显示,在不考虑来流含沙时,库区垂向水温分布始终为典型分层型,按实际含沙来流计算时,库区垂向水温分布随着水沙量增大而呈现从分层型转化为混合型分布的变化,泥沙异重流是造成夏季水库水温成混合型的主要原因,只有考虑泥沙异重流的影响才能正确预测多沙河流上水库水温的变化规律。     

温度分层环境下的水库异重流试验研究

为了了解河道入流污染物在温度分层水库中的输移和扩散,采用概化模型试验对温度分层水库中异重流的运动特性进行了研究。通过设计水循环和加热方式成功模拟了水库温度分层环境,观测到异重流在运动过程中从底坡分离而进入水库中层沿水平方向运行的现象——间层流,对比分析了均匀、弱分层以及强分层水体情况下的异重流发展运动过程。对不同工况下的试验数据进行回归分析,得到表征水库分层强度的分层稳定度和浮力频率与异重流分离点水深、间层流厚度的关系。试验结果为大型物理模型研究提供了借鉴,且可以用来指导实际分层水库的运行和调度。     

Density‐driven water circulation in a typical tributary of the Three Gorges Reservoir,China

A 2‐D hydrodynamic model was developed for modelling water circulation from 2008 to 2011 in a typical tributary of the Three Gorges Reservoir. The model is capable of describing flow behaviour and mixing mechanisms for different density current patterns and performs well in computing the velocity, the intrusion layer at the plunge point, and the travel distance of the density current. The effects of 10 flow patterns on thermal stratification, hydrodynamics, and algal bloom risk are discussed and classified in terms of algal growth. Patterns (6) and (10) can effectively prevent algal blooms; Patterns (7) and (8) are good for algal blooms. More frequent transformations of flow‐driven patterns, as observed in 2010–2011, could create more eddies and mixing and thus reduce bloom risk. Further studies are necessary and recommended for more accurate predictions, assessing the impact of water level fluctuations on transform flow patterns and water quality.     

隔水幕分层取水研究进展及应用现状

分层水库春夏季下泄低温水效应显著,分层取水是解决上述问题的有效手段。隔水幕是一种较为新型的分层取水方案,具有造价低廉、发电水头损失小、运行灵活、施工便利等优点,对我国大量改建、扩建及新建水库具有重大的研究和应用价值。目前隔水幕在美国和日本部分水库已有工程应用和研究成果,其中美国主要关注下方过流的顶部挡水幕,而日本主要关注中小型水库。国内隔水幕分层取水研究还处于起步阶段,与当前巨大的工程需求不相适应。因此,在借鉴已有国际经验的同时,也需要针对我国水库特点,尤其是诸多大型深水水库,进行自主研发,提出一套适用于我国的隔水幕分层取水理论和施工、运行、调控技术。梳理了现有水库隔水幕分层取水的研究现状,并剖析了研究及应用中存在的各类问题,并对隔水幕后续的研究及应用提出了建议。     

太湖蓝藻水华一体化监测系统应用

太湖近年来水体富营养化趋势不容乐观,蓝藻水华频发。太湖流域管理局采用水质在线监测、实时视频监控、卫星遥感监测辅以人工调查相结合的技术手段,从水质的点监测、沿湖视频的岸线监测到卫星的面监测实现全方位、多通道、三维一体的太湖蓝藻水华监测系统。多源监测信息的综合应用,为及时全面准确掌握蓝藻水华的发生面积、程度、位置及变化情况提供可靠的技术手段。     

水华前后叶绿素a变化及其与水质因子的关系

针对目前关于叶绿素a(Chl-a)与水质因子关系的研究成果多是基于分析水华发生后水质资料的现状,以我国南方某水库2003年2月—2009年12月的水质资料为基础,分析水华(2006年)前后水库Chl-a随时间的变化特征和Chl-a与总氮(TN)、总磷(TP)、pH值、透明度(SD)和溶解氧(DO)的相关关系。结果表明:水华发生前(2003—2005年)叶绿素a峰值主要出现在夏季,水华发生后(2007—2009年)叶绿素a峰值集中在冬季出现,冬季发生水华的可能性增加;水华发生前Chl-a与TN、TP、SD、pH值、DO均无显著的相关关系,水华发生后Chl-a与TP、SD、pH值、DO的相关关系显著增强,表现为直接或间接的线性关系。     

关于地下水封洞库水幕系统试验的讨论

为了评价洞库水幕系统密封效果,进行了水幕系统效率试验,通过水幕孔在不同水动力状态下的压力变化情况判断其效率值的高低,进而在低效率岩体区域增加水幕孔来改善岩体连通性和渗透性,提升水幕效率值。讨论了水幕系统水平水幕孔效率试验中关键参数临界压力值的求解方法,并以烟台某地下洞库水平水幕孔效率试验为例,应用该方法求解的临界压力值对水幕效率进行判断。试验结果证明,该临界压力值的求解方法有一定可行性,能够准确判断需要补孔的区域,进而显著提升该区域的水幕系统效率值;岩体渗透性与水幕效率关系密切,一般情况下,满足洞室密封要求的岩体的渗透系数在10^-7～10^<sup>-5 m/s 范围内;文中临界压力值的求取是在一定假设基础之上完成,在实际工程中还需要进一步完善。     

龙洞水库坝基帷幕灌浆施工及效果分析

龙洞水库拦河大坝为对数螺旋线型混凝土双曲拱坝,坐落于软硬相间、地质条件复杂的石灰岩上。坝基帷幕灌浆全部采用孔口封闭灌浆法施工。灌浆成果资料、检查孔压水实验成果以及6年蓄水运行期的渗流渗压监测成果表明,龙洞水库坝基帷幕灌浆效果显著,设计布置合理,施工质量优良。     

水库库首水温分层流物理模型试验分析

大型水库由于水温分层现象易对生态环境造成一系列不利影响,但由于水深较大现场测量困难,水温分层的实测资料极少,对其研究尚不够深入。通过物理模型试验模拟并测量了春末夏初水库库首水温分层的形成和演化过程,分析了流量和出水口位置对水温在垂向和水平分布的影响。结果表明:① 由于分层流流动的特点和水动力条件的差异,水温垂向结构在温度分层的演化过程中表现为多种形式。② 垂向温差取决于上下游位置、入库流量和水库出水口的高度。通常在垂直方向上,上游温差要比下游大。随着进水口流量的增加和出口位置高度的提高,垂向温差也随之加大。③ 水平方向上的水温分布与水深、进水口流量和出水口高度有着密切联系。在水库的表面和中部位置,上游水温要高于下游水温。然而在特定条件下,如进水口流量较大且出口位置在表面时,上游水温要低于下游水温。④ 水流的出口温度受进水口流量和出水口位置的影响。较低的出水口位置会导致出水温度较低,在初始时段尤为明显。     

过水堆石体边坡护坡混凝土楔形体稳定性研究

针对护坡混凝土楔形体的结构特点,通过对楔形体的稳定形式及运动过程分析,提出护坡楔形体稳定的最根本原因,在于加强了块体之间的相互约束作用。文中首次给出了相互约束稳定的计算方法和各种稳定状态的条件,并归结了护坡楔形体稳定验算的步骤。     

浙江省古堰坝分布特征与历史价值研究

对浙江省灌溉面积千亩以上的古堰坝分布研究发现,堰坝平均灌溉面积约233.33 hm2（3500多亩）,金衢盆地堰坝数量最多,不同地区和不同朝代在堰坝数量、建设长度、灌溉面积上存在显著差异,而堰坝高度在各地区间无显著差异,但在各朝代间存在显著差异。浙江的古堰坝选址科学、堰形设计体现人与自然的和谐,是浙江农业文化形成和发展的根源,具有丰富的历史价值。