水轮发电机组推力轴承油槽内流动及传热特性研究

为解决推力轴承瓦温过高的问题,采用数值模拟方法分析了某水轮发电机组推力轴承内循环冷却系统油槽内润滑油的流动及传热特性。结果表明,靠近镜板处油流速度大,远离镜板位置油流速度小;镜板内缘压力最低,沿着推力轴瓦径向向外压力逐渐增大;初始瓦温、初始油温一定时,随着水温降低,整体油温下降幅度并不大。根据研究结果,对推力轴承内循环冷却系统提出适当增大冷却器U型管直线段的长度、增大冷却器管径、提高冷却水的压力和流量、加大油冷却器铜管间距的改进建议。     

青藏高原东南部径流特征的空间规律及控制因子研究

采用青藏高原东南部的水文气象资料,对比分析了该地区23个(区间)流域的年径流深、集中度与集中期、基流系数、退水系数等径流特征及其空间分布规律,并进一步研究了这些径流特征的控制因子。结果表明:该地区径流特征的空间分布规律为年径流深从东南(700~1 300 mm)向西北(<400 mm)递减,而集中度则呈相反的空间格局(从<0.44增加到>0.59);退水系数及基流系数,在低海拔地区随高程增大而增大(分别为0.55~0.69、0.51~0.73),但在高海拔地区则随高程增大而减小(0.74~0.42、0.79~0.63)。本研究发现,青藏东南径流特征空间规律的控制因子,具有显著的区域分异:在低海拔流域(平均高程<3 000 m),降水是径流特征的主要影响因子;而在高海拔流域(平均高程>3 000 m),仅径流深和集中度受降水控制,其他特征则主要受温度、冻土、地形等条件的共同影响。可见,由于青藏高原东南部降水和冻土对气候变化敏感,该地区水资源时空分布格局将面临很大的不确定性,对此应予以充分重视。     

组合隔板式鱼道水力特性数值模拟研究

鱼道是为鱼类提供洄游通道的一种重要的工程措施。基于Flow-3D采用标准RNG k-ε紊流模型和Tru-VOF追踪自由液面方法,对鱼道池室内流场进行三维紊流数值模拟,研究池室内水流流速、流态空间分布,分析鱼道的水力特性对目标鱼类洄游上溯的影响。结果表明:溢流堰与竖缝组合隔板式鱼道在设计流速v=0.75 m/s条件下,竖缝处平均流速为0.83 m/s,竖缝处流速分布范围为0.76~0.89 m/s;堰上流速为0.90~1.12 m/s,回流区流速分布范围为0.09~0.25 m/s,流速大小在鱼类的克流能力范围之内,但靠竖缝隔板处存在明显的主流贴壁现象。为此开展了池室优化方案设计,使鱼道池室流态满足鱼类上溯要求。     

不同植被类型对堆积体坡面径流特性的影响

针对植被防护堆积体侵蚀动力机制的问题,通过野外模拟降雨试验,分析直根系和须根系植被对堆积体径流流速、水力和水动力参数的影响。结果表明:植被削减堆积体平均侵蚀速率达88.34%~92.88%,直根系消减平均流速效益为50.51%,须根系为21.32%~35.61%;裸坡和植被堆积体径流流型均属于层流(雷诺数<40),裸坡径流在降雨强度≤1.2 mm/min时处于急流态,直根系堆积体均处于缓流态,须根系堆积体在急流态和缓流态间变化。直根系对坡面径流的阻滞作用大于须根系;植被防护下堆积体侵蚀速率、水力和水动力参数与裸坡呈显著性差异(P<0.05),径流剪切力和径流功率可用于较好地刻画坡面侵蚀动态过程,呈显著线性关系(R²为0.63~0.96)。研究成果可为生产建设项目工程堆积体水土流失量预测模型的植被因子修订提供科学依据。     

洪湖沉积物碳氮磷分布特征及污染评价

洪湖是中国第七大淡水湖,富营养化问题日益突出。全面了解洪湖沉积物氮、磷、有机质的含量及分布特征,对掌握其富营养化现状与氮磷污染生态风险具有重要意义。在湖区布设了8个采样点,2019年10月采集50 cm柱状沉积物,分别测定不同深度沉积物总氮(TN)、总磷(TP)以及有机质(OM)含量,分析了TN、TP 和OM 含量的空间分布特征及相关性,并运用综合污染指数法评价其对应的污染程度。结果表明:洪湖沉积物TN含量在467.8~8 454.5 mg/kg之间,平均值2 167 mg/kg,为重度污染,其中近一半的采样点表层沉积物TN含量>5 000 mg/kg;TP含量在502.7~1 252.4 mg/kg之间,平均值693.8 mg/kg,除杨柴湖为重度污染外,其他大部分地区为中度污染;有机质含量占比在5.0%~24.9%之间,平均值9.6%,为重度污染。在垂直空间上,TN、TP 和OM 均在沉积物表层垂向深度0~20 cm存在明显的积累,其含量随垂向深度的增加而迅速降低。研究成果可为洪湖富营养化的控制与治理提供科学数据支撑。     

长江上游高洪水期泥沙输移特性

长江上游高洪水期(汛期)泥沙输移特性是决定三峡库区泥沙淤积的关键因素,直接关乎三峡水库使用寿命及综合效益的发挥。借助干、支流长系列水沙资料,分析了长江三峡水库入库寸滩站高洪水期泥沙输移特性,结果表明:近40 a来,寸滩站场次洪水中7 d洪量未出现趋势性变化,而7 d沙量显著减少,高洪水期输沙经历了“涨水输沙占优—涨、落水基本持平—落水输沙占优”的变化过程。2013年以前,寸滩站高洪水期径流及泥沙均主要来自于金沙江,而向家坝、溪洛渡水电站陆续投运后,2013—2019年寸滩站洪水场次(洪峰流量30 000 m³/s以上)共计14场。从径流来源来看,仅4场主要来自于金沙江,其余9场主要来自于嘉陵江,1场来自岷江;从泥沙来源来看,9场主要来自于嘉陵江,其余5场分别来自于沱江、岷江、横江,金沙江已不是寸滩站高洪水期过程中泥沙的主要来源区。研究成果可为三峡水库沙峰排沙调度、库尾减淤调度提供理论支撑,为长江泥沙治理提供保障。     

基于多维产出ZSG-DEA模型的中国水资源污染综合分配效率测算

利用考虑多维产出的零和收益-数据包络分析(ZSG-DEA)模型测算2000—2017年中国大陆31个省级行政区(以下简称省)在水资源污染排放总量固定下的污染综合分配效率及生产、生活与生态3个维度的产出效率,并基于效率最大化原则对2017年各省污染排放额度进行调整。结果表明:31个省污染综合分配效率的平均值由2000年的0.322上升至2017年的0.364,生产维度产出效率是拉动污染综合分配效率提升的主要动力;2000—2017年31个省污染综合分配效率的平均值为0.341,生态产出过量与生活维度产出不足导致污染综合分配效率处于较低水平;污染综合分配效率、生态维度产出效率与生活维度产出效率受经济发展水平影响较小,而生产维度产出效率受经济发展水平影响较大;污染综合分配效率分布由大到小为东部、西部、中部,生产维度产出效率分布由大到小为东部、中部、西部,生态维度产出效率分布由大到小为西部、中部、东部,生活维度产出效率分布由大到小为西部、东部、中部;各省污染排放调整额度与污染综合分配效率呈正相关关系,北京、天津、上海、浙江、青海与西藏等20个效率较高的省可增加污染排放额度,河北、安徽、河南、江西与湖北等11个效率较低的省需降低污染排放额度。     

某抽水蓄能电站地下厂房动力特性研究

抽水蓄能电站具有高水头、大容量、快转速的特点导致振动问题特别突出,强烈的振动会导致机组以及厂房薄弱结构部位发生破坏,影响电站的安全稳定运行。结合某在建抽水蓄能电站,分析了可能与厂房结构发生共振的振源,研究了边界条件、材料特性对结构自振特性的影响,结合粘弹性人工边界条件,分析了在机组动荷载作用下厂房各部位的动力响应规律。     

Influence of rainfall on the performance of bioretention systems modified with activated carbon and biochar

The use of bioretention areas is common in urban stormwater management, but their performance varies significantly depending on rainfall characteristics and design conditions. In this study, a pilot experiment using bioretention columns with different media (commercial activated carbon and river sediment-derived biochar) investigated the influence of rainfall on bioretention performance. The results indicated that the runoff volume retention ratio (R_v), which included the runoff purified and discharged at the bottom of the column, and the runoff retained in media during rainfall event, decreased significantly with increases in the rainfall event return period (p < 0.05). The R_v of the activated carbon and biochar columns decreased with a 2-yr return period and then fell further with a 50-yr return period. Porous material has been shown to improve the water-holding capacity of bioretention media, but it did not result in an improved R_v under heavy rain that exceeded the 2-yr return period. With the increase of the return period from two to 50 yr, the mass removal efficiency (R_L) of total phosphorus and phosphate illustrated a clear decreasing trend in all columns. The total nitrogen, ammonia and nitrate removal did not show a clear trend with return periods because of transformations among different forms of nitrogen and similar saturation periods during the different rainfall events. The influence of the return period on chemical oxygen demand (COD) removal was related to whether the inflow COD reached maximum COD removal capacity of the bioretention media. Under a rainfall event with a specific return period, there were no significant differences in the R_L of all nitrogen species and COD among the different columns (p > 0.05). The addition of adsorptive material, such as activated carbon and biochar, may not be the key factor for improving nitrogen and COD removal under heavy rain that exceeds the 2-yr return period. The bioretention performance of phosphorus removal from urban stormwater runoff could be improved by replacing or adding media with high adsorption capacity, but these improvements would not be significant under heavy rain that exceeds the 2-yr return period. The results provide some reference for evaluating bioretention performance and optimizing bioretention design in the future.