澜沧江流域过鱼设施的应用探讨

澜沧江流域水资源开发对流域内河流的生态系统造成了较大影响,特别是大坝对河流的阻隔作用,直接阻断了鱼类上下行的通道,影响了鱼类的洄游、繁殖与生存。实践证明,修建有效的过鱼设施可帮助鱼类顺利通过大坝来缓解水电工程对生态环境带来的负面影响,有效保护水生物种的多样性,防止土著鱼类的灭绝。通过对澜沧江流域区系特征及鱼类资源的研究,结合水电工程已建过鱼设施对其应用进行探讨。澜沧江干流所建水电站多为高坝,只能考虑高坝过鱼设施,已建过鱼设施包括升鱼机和集运鱼系统。实际运行监测表明,这些高坝过鱼设施的建设一定程度上缓解了大坝阻隔对鱼类多样性的影响;但也存在升鱼机系统机械、电气设备故障率较高,需加强过鱼效果监测和评估等问题。

基于能值分析的流域生态系统服务功能价值评估——以东江流域为例

已有的流域生态系统研究大多应用直接市场法、替代市场法和模拟市场法等方法,从经济学角度以货币价值量估算其服务价值。由于能量最终来源于太阳能,其结构形成、特征功能、生态效应和服务价值等均受制于生态系统对太阳能的吸收,现有方法并不能实现各物质间太阳能的相互转化,也不能进行不同类别服务功能的相互比较,采用能值分析方法能更客观、合理、准确地评价流域生态系统的服务价值。从分析流域生态系统的能量来源、物质循环、结构形成、生态效应、服务功能和消费者干预等综合特征出发,分为淡水供给、物质生产、生态调节、生态支持和文化娱乐共5个一级类型和15个二级类型,应用能值分析技术构建流域生态系统服务功能的价值评价体系及计算模型,并以东江流域为案例,客观定量评价其服务价值。结果表明,东江流域生态系统服务功能的能值货币中,淡水供给为243.72×10^(8)元/a,物质生产为42.99×10^(8)元/a,生态调节为315.25×10^(8)元/a,生态支持为247.35×10^(8)元/a,文化娱乐为4.46×10^(8)元/a,总能值价值为853.77×108元/a。各类服务功能的能值货币大小排序为:生态调节>生态支持>淡水供给>物质生产>文化娱乐,生态服务功能主要表现为生态调节、生态支持和淡水供给,此3项服务功能价值占总价值的94.44%。研究结果可为促进流域生态系统健康发展提供技术支持。

金沙江流域石鼓断面上游水汽含量与降水量特征

在流域尺度上研究水文循环过程中的水汽含量和降水量,为流域综合治理和水资源开发利用提供依据。基于ASTER GDEM V2地形数据、ERA-Interim逐月再分析资料及降水资料,研究金沙江流域石鼓断面上游上空水汽含量和降水量的时空分布特征,并讨论两者的相关性。研究表明:研究区上空水汽含量由南向北、由东向西呈递减趋势,西南部呈斜倒“U”型,东南部呈正“U”型;多年平均降水量自西北向东南逐渐增加;年平均水汽含量和降水量呈现上升趋势,四季水汽含量和降水量从大到小均依次为“夏、秋、春、冬”,多年平均月水汽含量和降水量为单峰型分布;年平均水汽含量同降水量之间为弱相关关系,各季节相关性差异显著,逐月相关性更具有指导意义。

基于希尔伯特—黄变换的过闸水流脉动压力时频特性分析

平面闸门通过启闭控制蓄水和泄水,在运作时容易受水流脉动压力作用而发生破坏。为研究闸门启闭运动与过闸水流的相互作用过程,首先对不同底缘形式下的闸门启闭过程中过闸水流进行三维数值模拟,再采用希尔伯特—黄变换对过闸水流脉动压力信号进行时频特性分析,得到信号的时间—频率—幅值信息,对比分析发现在前倾45°、后倾30°的组合式闸门底缘,在闸门底部受脉动压力作用较平缓,测点能量幅值的变化差值最小,水流流态较为稳定。该研究可为平面闸门过闸水流脉动压力分析提供参考。

平面直升闸门流固耦合振动同步测试模型试验研究

采用三维PIV测速系统和多通道振动数据采集系统,同时监测平面直升闸门在下游淹没出流条件下,水流流场分布及闸门振动参数.结果表明：相同工况下,当闸后漩涡顺水流方向越靠近闸门,此方向的振动位移将达到最大值,峰值比振动位移的均值高出3倍-4倍,离漩涡中心纵坐标越近的测点,其振动参数的峰值较大.随着闸下水流平均流速与湍动能的增加,对同一测点,闸门振动加速度、速度以及位移的峰值都是沿着水流正方向或水流负方向逐步增加的.闸门底缘附近振动的幅度与闸门开度密切相关,闸门开度达到一定值后,对闸门振动已无较大的影响.试验的结论为探索闸门振动机理提供了依据.

低弗劳德数下挑坎体型对掺气的影响试验

通过变换坎高及挑坎坡度,制作不同体型的挑坎模型,将其置于可变坡有机玻璃水槽中,研究在不同流量下坎后掺气空腔长度及回水深度的规律。试验结果表明:在其他条件不变的情况下,来流量与空腔长度成正比,挑坎高度对空腔长度的影响比挑坎坡度要大得多;流量越大,空腔回水深度越低,而空腔回水深度却随着挑坎高度的增加而增加,挑坎高度的增加与回水深度的减轻并不成正比;在试验条件下,射流水舌冲击角5.5°时已出现空腔回水,空腔回水的出现与射流水舌冲击角密切相关,但归根结底还是与来流条件、水槽底坡、掺气坎体型的确定有关。

湿地植物生长对水流特性影响的实验研究

针对云南滇池高原湖泊湿地植物生长种类,采用水槽实验,进行了三种流量、三种不同生长期植物的植物带前、中、后断面沿程流速和垂线流速分布的实验,通过水槽实验研究,分析了植物生长对水流结构影响机理。实验研究表明:①种植物时,植物带前各断面流速比无植物时都有一定的减小,植物对水流有明显的阻滞作用。植物带段过流流速沿程逐渐增加,在一定距离后达到最大值;同一流量条件下,随植物的生长,对水流的阻滞作用越明显,流速变化越大。植物大小一定时,流量越大,植物中流速达到最大值的距离越长。②植物段水流垂线流速分布与明渠恒定流垂线流速分布规律有所不同,植物底部流速比明渠恒定流要小,水面流速比明渠恒定流要大;植物带后水流流态恢复到明渠恒定流流态需要一定的距离。

线上线下混合式实验教学新尝试

根据教育部"停课不停学"的要求,各高校利用线上资源开展了不同形式的在线教学。水力学实验室认真比对了本学期"水力学综合实验"线下开设的实验项目,采用水力学线上仿真实验教学平台开展验证性实验网络教学、设计型实验现场教学的混合方式,最大限度地激发了学生学习本专业基础课程的主动性和积极性,取得了优良效果。

水力学综合实验教学改革探索

针对高校水力学实验教学上存在实验器材功能单一、教学内容单调、教学理念陈旧、师生重理论轻实验等一系列问题,提出水力学综合实验教学改革建议和措施。高校通过改善实验室条件,改进实验教学内容和教学方法,完善水力学实验教程。同时通过结合仿真水力学实验平台教学开展线上线下水力学实验教学等一系列措施方法,从而提高学生分析、解决问题以及创新的能力,增强学生自身的综合素质,进一步提升教学质量,为国家培养更多的知识素养储备丰富的新型水利类人才提供便利。

基于河道内流量的河流生态系统服务价值评价模型研究

为了客观有效地评价河流生态系统服务价值,高效开发利用河流水资源,基于河道内流量的特征和功能,揭示了河道内流量的生态系统服务效应;并根据河流生态系统的构成、特征、效用和功能,探讨了河流生态系统服务功能(价值)的概念和分类;最后,以河道内流量为量化指标,建立了河流生态系统服务价值评价模型,介绍了河流生态系统服务价值的价值量评价方法。研究成果以服务效应和评价模型方式揭示了河流生态系统服务价值与河道内流量之间的复杂函数关系,为河流管理部门高效开发利用和科学规划管理河流水资源提供新思路。

通气孔对掺气坎空腔长度影响的试验研究

掺气坎空腔长度是控制掺气减蚀效果的一个重要参数。影响掺气坎空腔长度的因素众多,其中一个是空腔内负压,而空腔内负压又与通气孔的面积有关。通过水槽试验,研究了不同流量、挑坎高度、挑坎坡度、水槽底坡等因素发生变化时,通气孔面积对空腔长度的影响。试验结果表明:通气孔大小对空腔长度的影响明显,在其他条件不变时,通气孔的面积越大,形成的空腔长度就越长,但当通气孔面积大于一定数值后,空腔长度将不再增加。因此在工程中,必须保证合适的通气孔面积,以形成良好的掺气空腔,有效地完成掺气减蚀。

滇中引水工程主要受水区水汽输送时空变化

基于ERA-Interim再分析资料,以滇中引水工程主要受水区为研究对象,计算了受水区上空21 a水汽输送通量及水汽输送通量散度,并对其水汽输送、水汽辐合与水汽辐散等特征进行分析,研究其水汽输送时空变化特征。结果表明:研究区年平均水汽输送由西北至东南方向逐渐增加,并以纬向输送为主;水汽来源随季节移动,研究区夏季受西南风控制,水汽输送强度明显小于其他3个季节;5—7月份,研究区水汽输送强度逐渐衰减,7月份,研究区850 hPa气压层南部地区存在水汽辐合中心,450 hPa气压层西南部为水汽辐散带,在西南部易于形成降水。

不同开度下平面闸门水动力特性数值分析

建立不同开度下平面闸门流体计算域,采用VOF模型和标准的k~ε模型进行三维数值模拟,获得闸门周围的流速、压力、湍动能分布变化规律。结果表明：速度场中闸后产生不同大小的漩涡,且随时间的增加向下游逐渐扩散,闸门开度与其所形成的涡径成反比。在一定条件下,闸门开度越小,涡结构直径越大,容易造成闸门下游泥沙的堆积;湍动能随着闸门开度增大而减小,影响闸门底部及下游水流流态,使局部水流出现漩涡和分离;当闸门开度为0.1m时出现最小压力值且上下游压力差最大。使闸门底部过流面积增大,过闸水流流速降低,可以减弱水流对渠道底部冲刷与破坏,且闸门前后所受压力比较平稳,不易遭受空蚀破坏,有利于闸门安全运行。

TRMM 3B43降水数据在滇中引水工程受水区的适用性分析

降水是水文循环的重要组成部分,高精度的降水数据对于流域水文预报、水资源管理、旱涝灾害评估等具有重要意义。以滇中引水工程为例,从散度斜率、相关系数和相对误差三方面检验滇中引水工程受水区TRMM 3B43降水数据在时间(年、季、月尺度)和空间(受水区、单个站点)的精度适用性。结果表明,在滇中引水工程受水区,TRMM 3B43降水数据与实测数据具有较好一致性,可为地面降水数据提供有效补充。

折流角变化下的旋流式竖井溢洪道涡室脉动压强试验研究

旋流式竖井溢洪道因具有很多优点而被许多工程采用,为了对该类溢洪道的设计运行防护提供更多有益的参考,需要对旋流式竖井溢洪道水力特性作更深入的研究。基于物理模型试验方法研究了折流角变化下的涡室脉动压强幅值特性和频谱特性。研究结果表明:涡室脉压强度随折流角增大而增大,脉压强度与能量耗散密切相关;脉动压强概率密度基本符合正态分布,但不服从标准正态分布。偏态系数与折流角的相关性较弱,峰态系数随折流角增大总趋势是减小的,但脉动幅值范围增大;脉动压强优势频率随折流角增大其频率范围有所拓宽并逐渐向高频转移,脉动能量主要由高频大尺度涡漩决定。

平面闸门门槽对闸孔脉动压力影响的试验研究

平面闸门具有结构简单、运行可靠等优点,但是相对于弧形闸门平面闸门具有闸门槽。当平面闸门在启闭时或正常工作时水流脉动压力会对门体的安全运行造成极不利的影响。而闸门槽破坏了闸下水流流道的连续性,使得闸下水流脉动压力更为复杂。利用压力脉动传感器通过试验方法对闸下水流脉动压力进行研究。分别在闸门有槽和无槽条件下对闸门中断面底部测点以及闸门侧断面底部测点进行试验分析。对试验数据进行系统性分析可得到闸下水流脉动压力概率密度属于正态分布,闸门有槽条件下闸门底部测点水流脉动压力大于闸门无槽条件下闸门底部测点水流脉动压力等结论。试验结论为研究平面闸门门槽对闸下水流脉动压力的影响提供依据。

不同组合连接体形下旋流式竖井水力特性试验研究

通过物理模型试验和理论分析相结合的方法研究了不同组合连接体形下旋流式竖井的水力特性,总结出竖井涡室内的4种典形流态,其中,自由旋流流态最适合于旋流式竖井。通过进一步研究进口体形和消力井深度对流态和消能率的影响,得出折流角变化对消力井侧壁及底板压强影响不大,消力井边壁及底板均不会出现负压;流量的增加会减小消能率,折流角和消力井深度的增大可增大消能率,虽然消能率随消力井深度的增加而增加,但增加幅度随井深的增加而逐渐变缓。以上研究成果可为工程中更好地应用竖井溢洪道提供有益借鉴。

底流消能工水流结构与掺气浓度分布试验研究

底流消能工中水流紊动剧烈、大量掺气,面临着空化空蚀问题。为研究底流消能工气体迁移扩散运动与水流结构相互作用机理,采用水力学试验开展研究,对底流消能工进行水流结构划分,通过调整流量与尾坎高度,改变入射Fr数及跃后水深与跃前水深比,分别测出消力池内掺气浓度值,并分析数据研究水流结构区气体的运动机理,得到消能工内掺气浓度分布规律。结果表明,掺气浓度随Fr数的增大而增大,随跃后水深与跃前水深比的增大而减小;各水流结构区掺气浓度沿程衰减,纵向衰减速率附壁射流区>射流扩散区>稳定区;横断面掺气浓度呈"双钟形"分布规律;竖向掺气浓度附壁射流区变化曲线呈凹型递增、射流扩散区先增后减、稳定区递减规律。水流结构区交界处形成气体交换带,是气体发生交换的主要区域,掺气浓度在气体交换带处达最大值。该研究可供底流消能工的防空化空蚀参考。

上下游有压过闸水流数值模拟

采用大涡模拟(large eddy simulation,LES)方法,选用Dynamic Smagorinsky亚格子应力模型,对上下游有压过闸水流进行了数值模拟。系统地模拟出了不同的闸门底缘结构对过闸水流的压力分布、流线图、压力时程变化以及压力功率谱的影响。结果表明:三组有倾角的闸门底缘的低压区向下游移动到底缘下游倾角附近,只有第一组平底闸门底部正下方存在明显的负压区,而其他三组由于存在一定的倾角,对过闸水流有一定的引流作用;四组闸门一开始都会存在三个漩涡,随着时间推移,漩涡向上游运动,第一组闸门由于闸门底缘没有角度,最后稳定的时候在回流区存在两个漩涡,而其他三组闸门带有前后倾角,最后三个漩涡合成一个大漩涡,因此回流区中只存在一个漩涡。此结论为研究不同闸门底缘对水流漩涡的影响提供依据。

小长宽比下竖缝式鱼道池室水力特性数值模拟研究

针对地势复杂地区的鱼道布置难题,以小长宽比情况下带有锲形墩头形式的竖缝式鱼道为例,通过改变其池室的长宽比、底坡、布置形式,利用数值模拟方法探究了各参数对池室水流结构的影响。结果表明,长宽比对于非常规尺寸池室的水流结构依旧起决定性作用,池室湍动能的峰值主要分布在墩头及导板末端,且同侧布置下的湍动能沿流程变幅明显高于异侧布置;同侧布置形式下的同一竖缝断面流速分布差异性较大,存在明显的低流速及高流速区域,异侧布置下的竖缝断面流速基本趋于均匀。