河道型水库富营养化及水华调控方法和关键技术

本文提出了河道型水库富营养化及水华调控的系统研究方法,重点探讨了水利水电工程影响下的河道型水库富营养化及水华监测、模拟及调控方法及关键技术,包括流域水环境监测评估与水华预警系列技术,大型水库多维、多场耦合富营养化模拟系统,以及改善河道型水库支流库湾水温层化进而抑制水华暴发的调控方法等,以期为抑制河道型水库支流库湾水华暴发、改善水库水质提供参考和依据。     

鄱阳湖出湖流量时序变化特征与驱动因子分析

长江中游与鄱阳湖及五河构成复杂的“江-湖”系统,研究阐明鄱阳湖出湖流量的时序变化特征与驱动因子,是调控改善江湖关系的关键所在。本文在初步选取12个潜在的出湖流量驱动因子基础上,有机结合相关系数判别和主成分分析方法,揭示了不同潜在驱动因子间的多重共线性;进而通过构建出湖流量数学模型,量化了不同潜在驱动因子对出湖流量的相对重要性排序及其影响程度。研究结果表明：（1）赣江、抚河、饶河、修水的入湖流量,湖区星子站水位,三峡出库流量等6个驱动因子间不存在多重共线性,可完整表征五河来流、湖区水位、长江干流的多重驱动作用;（2）运用基于随机森林回归方法的出湖流量数学模型,揭示了湖区水位、长江干流来流、赣江入湖流量是最为重要的驱动因子,并且其对出湖流量的影响呈现复杂的非线性特征。研究表明：影响出湖流量的众多驱动因子之间关系复杂但影响程度有所差异。这为科学调控典型通江湖泊江湖关系提供了重要参考依据。     

顺直河道采沙坑水流的三维数值模拟

建立各向异性三维代数应力紊流数学模型(ASM)克服了各向同性紊流模型的缺点，模拟出顺直河道中次生流现象；与实验成果的比较分析证明了该三维紊流模型有良好的准确性。运用该数学模型对采沙坑周围水流进行分析，结果表明河床上出现采沙坑后不但沿主流会造成纵向涡旋的坑上游缘口冲刷，横断面坑内次生流亦对河床有横向侵蚀，原有流态的变化迫使河床变形调整以趋向新的平衡。运用该数学模型能阐明次生流以及纵向涡旋对河床变形的作用，可模拟分析河道采沙对河床形态调整的影响，对河道采沙的科学决策和管理有积极意义。     

超声测流在渐缩流道中的应用及其准确度分析

多声道超声测流装置用于圆形管道或矩形方涵时具有成熟的数学模型,用于泵站入口的渐缩流道时,由于流道截面积的变化和内部流速分布的复杂性,大大提升了流量测量的难度。本文利用CFD模拟了前柳林泵站渐缩流道的内部流场,分析了超声测流装置的声道流速分布特征,比较了渐缩流道中两种不同流量计算模型的测量准确度。结果表明,渐缩流道中应用矩形流道算法导致的流量计算误差大约在3% ~ 4%之间,矩形优化算法OWIRS的准确度提升并不适用于渐缩流道,通过修正G-L方法计算截面的位置可以提升测量准确度。实际测量中声道缺失会导致明显的流量系统偏差,利用曲线拟合的方法可以在一定程度上使偏差得到补偿。     

大型水利水电工程水沙生态环境调控研究进展

【目的】我国已建成三峡、溪洛渡、向家坝等大型水利水电工程,具有防洪、发电、航运、水资源配置等巨大综合效益,但同时也会使上下游水沙情势发生改变,造成水库富营养化及水华、通江湖泊与河口生态环境变化、鱼类洄游通道阻隔及鱼类生境胁迫等问题。为了明晰大型水利水电工程水沙生态环境调控的研究进展与发展趋势,【方法】系统阐述了水利水电工程影响下河流上下游典型水沙、水环境与水生态等问题的内在机理,重点分析了水利水电工程水沙生态环境调控的主要理论与关键技术。【结果】结果表明,水利水电工程水沙生态环境调控是保障流域水生态环境安全的重大需求,但以往较缺乏系统性的理论方法与核心技术支撑。【结论】需要通过多学科交叉和多技术手段,研究关键科学问题,突破卡脖子技术,为水利水电工程影响下的流域生态环境安全提供保障。     

圆柱形植物斑块水动力特性的大涡模拟研究

为阐明天然河道典型植物群落的水动力特性,该文使用基于浸没边界法的大涡模拟技术,构建了以半透性圆柱斑块为植物群落的水动力数学模型,开展了不同的植株密度下三维水流数值模拟研究,并根据水槽实验数据对该数值模型的可靠性进行了验证.研究结果表明:流经半透性植物斑块的水流可分为两侧绕流及贯穿流动,且斑块的阻流效应与其植株密度呈现正...     

资料缺乏地区水系连通工程效益评价方法研究

在资料缺乏地区,常规的指标体系法难以用于水系连通工程的效益评价,是生态水利工程管理中的难题.本文借助易于获取的卫星遥感数据与常规水质监测数据,提取并融合水系连通度、景观脆弱度、水质污染度三个特征指标,建立了适用于资料缺乏地区水系连通工程的综合效益指数(CEI),进而运用德尔菲法确定指标权重,采用模糊综合评价法定量评价了...     

重要水源地小流域水环境动态模拟及调控研究

本研究选取北京密云水库上游曹家路小流域为对象,通过野外监测和模型计算的方法对小流域水环境进行动态模拟及调控研究。综合运用水文学、水环境学、数理统计和地理信息系统等方法,并结合野外监测、实验室分析和计算机模拟等手段,建立了小流域半分布式水文模型和一维河道水质模型。运用该模型对曹家路小流域的水质状况进行了模拟计算,得到了流域出口断面NH3-N、Os、BOD、COD和TN等水质因子的总体特征和全年全时段变化过程。根据1956~2000年的水文数据,分析了流域特征水文年水环境的动态变化,提出了相应的水质保护和水环境容量利用综合调控方案,并依据区域的经济发展进行了水环境动态规划。     

面向四大家鱼繁殖需求的水库生态调控模拟研究

分析了长江水系四大家鱼资源繁殖的水文和水动力适宜条件需求,围绕上游控制性水库优化调控过程开展了针对性数学模型研究,提出一种有利于改善四大家鱼产卵环境的水库生态调度过程。所建模型初步量化了面向四大家鱼繁殖需求的动态调度过程,利用上游水库的调蓄功能,采用"先蓄后泄"的调度方式形成人工涨水过程,在不明显影响发电量的前提下,有利于达到刺激四大家鱼进行产卵的目的。     

基于COBRAS模型的突缩断面溃坝水流特性研究

为研究局部断面突缩对溃坝水流演进的影响,采用有限体积法数值离散雷诺时均方程,并以COBRAS模型为基础建立了三维k-ε紊流数学模型,利用压力隐式算子分割法求解紊流方程,自由液面采用流体体积法追踪。通过经典溃坝物理模型试验资料对数学模型进行验证,在此基础上,数值模拟了局部断面突缩条件下的溃坝水流特性。计算结果表明:断面突缩引发了水流的强烈紊动,断面上游发生水跃、形成负波;溃坝水流在断面收缩处快速雍高,而后向上下游逐渐扩散;动压强在突缩断面的最大洪峰形成过程中达到了最大值,然后逐渐减小;总压强在突缩断面最大洪峰形成前后的一段时间内保持着较为稳定的最大值。