基于多尺度数值同化模式的泄洪雾化对天气环境影响的数值模拟研究

水电站局地天气要素的变化一直是泄洪雾化影响评价的重要组成部分,如何实现水电站局地气象场的高精度数值模拟,已成为泄洪雾化数值模拟方面亟需解决的重要问题.应用数值天气预报模式,采用松弛同化技术将泄洪时段的水舌风、温度、相对湿度、压强等物理参数,同化到数值天气预报模式的背景场中,并耦合小尺度诊断模型进行动力降尺度处理,首次将...     

基于WRF模式的不同地形条件下风速模拟研究

以广东省两个风电场为例,通过研究WRF模式在平原和山地地形下的网格划分及嵌套方案,分别建立适用于不同地形的风速模拟模型,对两风电场进行一个完整年的风速模拟分析结果表明,基于WRF模式的风速模拟模型在不同地形条件下均具有较高的精度,且平原的模拟效果优于山地。     

泄洪雾化对天气环境影响的松弛同化方法研究

为实现在综合考虑地形和环境背景场条件下,模拟泄洪期间局地区域天气环境的变化情况,以数值天气预报系统为基础,建立了泄洪雾化对天气环境影响的松弛同化方法。结合大岗山水电站一次降雨过程和实际观测资料,拟定了泄洪雾化同化数据分类设置的参考值范围。运用泄洪雾化对天气环境影响的松弛同化方法,对大岗山水电站泄洪期间的天气环境变量进行了同化计算。由于大岗山水电站仅有2015年9月14日15∶30—16∶40泄洪数据,选取2015年9月14日16∶00时刻模拟数据分析得到,在考虑风向变化的条件下,风速变化值为8.76 m/s,纵向影响范围约2.1 km;温度降低了3.32℃,纵向影响范围约2 km;相对湿度升高了8.71%,纵向影响范围约2.8 km。模拟结果表明,风速受水舌风影响风向改变、风速升高,温度受泄洪雾化降雨影响降低,相对湿度受雨雾蒸发影响升高。同化模拟的结果均向观测数据趋近,模拟结果符合实际的观测情况。     

WRF气象模式在高海拔复杂山地风电场中的应用研究

为深入研究高海拔无测风复杂地形区域风能资源评估,应用WRF气象模式进行风能资源分布模拟,并将模拟结果、MERRA数据分别与实测数据进行对比分析。研究表明,WRF模拟具有较高的模拟精度,且效果明显优于MERRA数据。WRF模式模拟值与6座测风塔实测年、月、日平均风速绝对误差均值为0. 37、0. 61 m/s和1. 36 m/s,日平均风速的相关系数均值可达0. 709 5。     

复杂地形区域风场物理过程参数化方案敏感性分析

在地形比较复杂的山地地区,WRF中尺度气象模式对风电场风资源评估和预测的准确性受物理过程参数化方案选取的影响。研究边界层参数化选取了YSU、MYJ和ACM2方案;陆面过程参数化方案选取了Noah、RUC和Pleim-Xiu方案,对湖南省湘西自治州某风电场区域,采用1 km×1 km水平分辨率进行数值模拟研究,分析9种不同试验方案对模拟结果的影响,结合实测的数据对物理过程参数化方案进行敏感性分析。研究表明:对于区域的风速模拟计算,在测风年(2006年9月1日—2007年8月31日)春季的最优物理过程方案为YSU边界条件和RUC陆面过程;夏季的最优物理过程方案为YSU边界条件和RUC陆面过程;秋季的最优物理过程方案为MYJ边界条件和Pleim-Xiu陆面过程;冬季的最优物理过程方案为YSU边界条件和RUC陆面过程。研究成果为复杂地形区域风场的应用提供参考。     

复杂地形区域近地层风场的WRF模拟研究

风能资源评估是风能开发利用的关键环节之一,它是制定风能规划、风电场选址和风电功率预测的重要基础。本文采用WRF中尺度大气模式对湖南省湘西自治州某风电场区域进行高分辨率数值模拟,模拟时间为2011年5月19日8∶00—5月24日8∶00,采用4层嵌套结构,最内层水平分辨率为1 km×1 km,并将模拟结果中的小时平均风速(10 m、50 m、70 m)、温度和压强与实测数据进行对比分析。研究结果表明,应用WRF模式对复杂地形区域进行值模拟,不但可以对风速、温度和压强进行较好地模拟,还能刻画出复杂地形局地风场特性。为风能资源评估提供了一种可行的评估手段。     

泄洪雾化预测的人工神经网络方法探讨

为了预测高坝泄洪雾化引起的降雨强度分布，本文提出了一种基于人工神经网络的雾化预报模型。该模型将泄洪流量、入水流速、入水角度以及三维河谷地形坐标等作为输入变量，对相应河谷地形内的雾化降雨强度分布进行预测。研究中采用了径向基函数（RBF）网络建模，并且通过在其激发函数中引入Sign—d函数，构造一种混合RBF网络，以改善模型的稳定性和泛化能力。通过东江水电站雾化原型观测资料检验，证明该网络模型在求解泄洪雾化降雨的空间分布方面是适宜而有效的。     

适合云南地区风功率预测的数值天气预报系统研究

为了探寻适合云南地区风功率预测的数值天气预报系统,利用 GFS 资料为中尺度模式 WRF提供初始场和边界条件,评估了不同模式分辨率、参数化方案对云南地区风速模拟结果的影响。结果表明: 对于云南地区,3 km 分辨率风速模拟效果总体上优于 9 km 分辨率; 不同参数化方案对于风速模拟效果影响较大,其中第 3 套参数化方案( 长波辐射方案选用 Earth Held － Suarez,短波辐射方案选用 RRTMG,陆面过程选用 Noah,积云对流方案选用 Kain － Fritsch,行星边界层方案选用 YSU) 为云南地区的最优化方案,其模拟结果与观测资料均方根误差最小( 区域平均均方根误差约为 1. 67 m / s,17 个观测站点平均均方根误差约为 3. 30 m / s) 。进一步结合功率预测模型分析表明,较优的分辨率 －参数化组合方案可以提升云南地区风电场功率预测合格率达 9. 68% ～ 38. 71% 。研究成果对提高云南地区风电场功率预测水平、制定合理消纳风电计划具有一定的指导意义。     

基于泄洪雾化影响的白鹤滩水电站坝身泄洪调度方式研究

针对高坝工程泄洪调度方式的雾化影响问题,提出一种改进的泄洪雾化数学模型。该模型可综合反映水舌入水条件、气象条件及河谷地形的影响,并通过小湾工程实测资料验证,两者吻合良好。在此基础上,针对白鹤滩水电站坝身泄洪方式进行雾化影响对比分析。结果表明,当深孔泄洪时,由于其水舌挑距大,入水角度小,水舌风场与雾化降雨范围明显大于表孔泄洪,在泄洪流量与水位落差相同的条件下,表、深孔不同开启方式,其水舌落点与入水形态各不相同,最终引起水舌风场与雾化降雨分布显著变化,根据不同运行工况下的雾化降雨对比结果,提出了坝身孔口的最优开启方式。上述研究为今后实际工程泄洪调度的雾化影响分析提供了借鉴。     

两河口水电站泄洪雾化影响分析

采用随机溅水数学模型,针对两河口水电站泄洪雾化降雨进行了数值模拟,分析了泄洪条件与河谷地形对雾化降雨分布的影响。研究表明,当洞式溢洪道与深孔泄洪洞联合运行时,泄洪雾化降雨区位于溢洪道出口下游约1 000~1 300 m,横向宽度可达300~400 m,雾雨爬升高度可达125~155 m,水舌下游暴雨区中心雨强约600~1 000 mm/h。洞式溢洪道采用窄缝出口并且正对河槽,雾化雨区主要在纵向扩展,而横向范围较为稳定。深孔泄洪洞采用横向扩散挑坎并与河道呈较大夹角,雾化雨区分布随泄洪流量变化较大,且雾雨区主要位于对岸岸坡。因此,在联合泄洪条件下,应通过增大溢洪道流量比例以控制泄洪洞下游对岸岸坡的雾雨爬升高度。     

大型水利枢纽泄洪雾化原型观测研究

大型水利枢纽,尤其采用挑流消能工的高坝工程,在泄洪时产生的雾化降雨强度远超自然降雨,由此对枢纽正常运行、泄洪区交通安全、周围环境等均构成危害。对金沙江下游溪洛渡水电站大坝深孔泄洪时雾化影响范围、降雨强度分布、气象特性等进行了重点观测研究。结果表明:溪洛渡水电站深孔泄洪雾化降雨强度分布呈现局部降雨强度大、降雨强度沿纵向及岸坡方向递减速度快的特点;观测工况下最大降雨强度达4 704 mm/h;观测时段自然风速未超过3.5 m/s条件下,泄洪区最大风速达16.3 m/s;自然气压为0 kPa、空气湿度为85%左右时,最大气压约为96 kPa,空气湿度为100%。观测成果一方面可对溪洛渡水电站岸坡防护设计进行验证,并为以后类似工程的岸坡防护设计提供参考,另一方面可为其他研究手段的完善提供丰富详实数据,具有重要价值。     

城市河道渠化方案探讨--以兰州市黄河段为例

以兰州市为例研究黄河兰州段河道渠化整治方案与泄洪等的关系。在对河道地形、河相关系，造床流量及河床演变规律分析的基础上，提出了切实可行的整治宽度240m，泄洪宽度300m及相关建议，并进行了物理模型试验和数值计算，实验与计算基本吻合，该方案的实施不但可满足泄洪的要求而且并未引起水位，流速及河床断面地形较大幅度的变化。     

杨房沟水电站泄洪消能设计

杨房沟水电站坝址河谷狭窄,洪峰流量大,枢纽最大泄洪功率为10 960 MW,在国内拱坝中处于较高水平.水电站泄洪消能采用“坝身表、中孔泄洪+坝下水垫塘”布置型式.文中通过方案比较,泄洪建筑物采用3个表孔和4个中孔的坝身集中泄洪方案,下游消能建筑物采用水垫塘+二道坝方案.表孔出口采用收缩型式、中孔出口采用收缩型式的宽尾墩.结合泄洪雾化分析,对水垫塘两岸边坡采用混凝土护坡、喷锚支护和排水孔等措施.     

丰满水电站重建工程挑流消能方案泄洪雾化研究

针对丰满水电站重建工程中的挑流消能方案,采用随机溅水数学模型,进行了泄洪雾化降雨数值模拟,将水舌入水喷溅源进行空间离散,描述水舌入水形态对下游雾化降雨的影响,同时考虑飞行水滴与空气间的相对速度,分析了各种泄洪运行方式与自然风场对雾化降雨分布的影响。研究表明:丰满水电站重建工程采用的分区挑流泄洪方案可将雾化区域控制在河道水面范围内,雾化降雨对左岸三期电站、右侧坝后电站、以及右岸生产、生活区的影响有限。在10 m/s以上横向风场作用下,左岸三期电站尾水平台出现5 mm/h左右的降雨,对此可通过增设地面排水设施加以解决。对于泄洪运行调度,建议优先开启中区4~#—6~#溢流表孔,然后是右区7~#—9~#溢流表孔,最后是左区1~#—3~#表孔,这可进一步减轻雾化对两岸建筑物及边坡稳定产生的不利影响。     

江口水电站泄洪消能设计

江口水电站坝址河谷狭窄，洪水峰高量大，枢组量大泄洪功率为12730WM，在国内拱坝中处于较高水平，通过方案比选，泄洪建筑物采用5个表孔和4个中孔的坝身集中泄洪,上游消能建筑物采用不抽排水垫塘方案，为均化水垫塘负担，降低水垫塘底板压力，泄洪表要用平面扩散加齿坎，中孔采用不对称宽尾墩的形式，结合泄洪雾化分析计算，对水垫塘两侧水上边坡采用喷混凝土保护，并设置系统锚杆和排水孔。     

乌东德水电站主要水力学问题研究

乌东德水电站具有河谷狭窄、岸坡陡峻、泄洪流量大、水头高、河床覆盖层深厚等特点,坝址处上下游冲沟发育,泄洪建筑物布置受较大局限,其工程设计和施工过程中的水力学问题突出且技术难度大。通过系列比尺的水力学模型试验及数值分析计算等,对工程枢纽布置及泄洪消能、泄洪雾化、施工导截流、电站分层取水等几个主要方面的水力学问题进行了系统研究和攻关,解决了其存在的多个重大技术难题,为工程设计提供了重要的科技支撑。阐述的主要研究成果可供类似工程设计参考借鉴。