基于关键影响因素识别的丰满重建工程对雾凇影响分析

在系统梳理雾凇、气象、水温和电站运行等数据的基础上,分析了各影响因素与雾凇形成和等级的关系,进一步探讨了丰满电站全面治理工程对雾凇岛雾凇形成的潜在影响。研究结果表明:(1)雾凇质量与气温、流量、风速显著负相关,与湿度、气温日较差和水温气温差显著正相关;(2)低气温、高的气温日较差、较大水气温差、高空气湿度、适宜风速等均有利于雾凇的形成,由水域吹向岸边的风向有利于雾凇的形成;(3)全面治理工程完成后,下泄水温有所升高,流量变化不明显,对于下游的雾凇景观有利;(4)在全球气候变化的背景下,雾凇景观受到自然和人为两类因素的影响,需更长时间的监测数据来进行评价。

丰满水库水温的原型观测及分析

为探究寒区冰封水库热状况的时空演变规律,于2010年6月～2011年8月对丰满水库的水温和冰情进行了原型观测。基于现场观测资料,阐述了丰满库区不同季节热结构的变化规律,重点分析了汛期洪水过程对分层结构的影响,并发现解冻初期水库表层浮力流动现象。同时,典型水温分层期1月和6月的坝前75～800 m范围4条水温观测垂线基本一致,且同期电站下泄水温与坝前取水口对应高程平均水温差异较小,说明该水域范围内无三维水温效应。由于深层取水影响,丰满电站下泄水温过程较为稳定,但与坝址天然水温相比,5～7月、10～12月分别表现出月平均高达10.8℃、7.9℃的春夏低温水和秋冬高温水现象。此外,冰情监测结果表明,丰满水库冬季基本全库封冻,坝前最大冰厚约0.7 m,且库区冰厚沿程出现不均匀分布的规律。

糯扎渡水电站不同调度下下泄低温水改善效果研究

【目的】大型水库下泄低温水影响及相应的减缓措施效果受到水库运行、取水方式等因素的影响,各因素之间彼此联系、相互作用。明晰水库运行方式对下泄水温的影响及其对叠梁门分层取水改善效果,可为大型水库的叠梁门分层取水效果评估及优化调度提供参考。【方法】以糯扎渡水电站为研究对象,建立糯扎渡立面二维水温数学模型,探讨水库运行方式对下泄水温及叠梁门分层取水效果的影响。【结果】结果显示:(1)水库修建后下泄水体存在明显的冬季高温水、夏季低温水现象,单独运行时,10月—次年2月水温较天然水温平均偏高2.0℃,4—6月偏低2.9℃。(2)与单独运行相比,糯扎渡水电站在梯级联合运行下的下泄水体升温效应更强,10月—次年2月水温平均升高2.5℃,3—8月水温平均升高1.4℃。(3)使用叠梁门后,4—8月下泄水温较单层取水时平均提高1.9℃,水温达到18℃的时间平均提前78 d。【结论】结果表明:澜沧江下游梯级联合运行对高温水产生叠加影响,对低温水表现出削弱影响;叠梁门抬高了取水流动层位置,对下泄水温有较好的改善作用,其改善效果与淹没水深、运行时段有明显的关系。

水电开发对大渡河瀑布沟以下河段的水温影响

为探究水电开发对大渡河水温过程的影响,采用原型观测和数学模型相结合的方法,对比分析了瀑布沟电站开发前后下游河道的水温时空变化特性。研究成果表明,与天然情况相比,现阶段瀑布沟下游沿程水温出现了明显的均化效应和延迟效应以及春夏季低温水、秋冬季高温水现象,最大降温2.4℃出现在4月的龚嘴尾水断面,最大升温3.3℃出现在12月的瀑布沟尾水断面;瀑布沟下游小型水库均未出现水温分层现象,但形成的蓄水体对沿程升温有一定的弱化,沿程增温率由天然状态的0.8℃/100 km降至现阶段的0.5℃/100 km;采用考虑了机械能转化的数学模型能较好地模拟瀑布沟下游河道的水温过程,率定得到的"机械能—内能"转化率为55%。

水库垂向1维水温冰盖耦合数学模型研究

寒冷地区水库冰盖的形成对水库大坝安全、电站运行、库区水温水质结构都存在重要影响。为了探讨冰盖对水库水温的影响,基于热力学理论建立了考虑冰盖生消过程的水库垂向1维水温数学模型,实现了对冰气热交换、冰水热交换和水体中的热量输运的精确模拟,得到了室内静水实验的验证。应用结果表明,模型能较好地模拟出水库冰盖的形成、发展和消融过程,以及受冰盖影响的坝前垂向水温随时间的变化过程。

山区水库水面气温与太阳辐射的修正及应用

考虑到山区水库库面气象要素受周围地形影响,结合前人的研究,库区气温计算方法采用回归余项法并计入地形影响,而对于库区水面上的太阳辐射计算,则采用了平行山脊坡地上的简化算法。应用结果表明:由经度、纬度、海拔高度和大地形影响等4项建立的多元线性回归气温方程拟合效果显著;并用同时期盐边气象站的资料进行检验,检验精度在0.5℃以内。与平地相比,在山区地形影响下的二滩库区水面太阳辐射有一定程度的改变量,同时不同河岸坡度对水库水面接收的太阳辐射有较大影响。该方法有效揭示了山区月平均温度和太阳辐射的时空变化。修正后的气温和太阳辐射符合山区实际情况。

多级模糊模式识别方法用于河流水质评价

应用多级模糊模式识别模型进行水质量分类评价,克服了最大隶属度原则所不适用的地方,而且以相对隶属度、隶属函数为基础理论,使隶属度、隶属函数的计算更容易。建立了多级模糊模式识别模型,并应用于汾河水质分类评价中,应用结果表明,该方法合理、可行。

结构变化对鱼道水力学特性的影响

除了鱼池长宽比、隔板墩头和隔板结构的改变会对鱼道的流速、流态等水力学特性指标产生影响之外,底孔和坡度等对流速和流态的影响也不能忽视。为了研究底孔和坡度对鱼道的流速、流态等水力学特性指标产生的影响,采用标准k-ε湍流模型对不同工况的鱼道进行了数值模拟计算。研究表明:竖缝式鱼道的最大流速一般出现在竖缝附近,并且对于竖缝处的测点,一般是底层流速更大;增加底孔会降低竖缝处的流速,但底孔处流速偏大;放缓坡度一半时,竖缝处平均流速会降低约20%以上,因此就流速而言,放缓坡度会降低鱼道中的流速,从而对鱼类洄游有利。本实验不仅验证了此次数值模拟计算结果的可靠性,也直观地将鱼道流态清晰展示出来。

三峡工程对宜昌—监利河段水温情势的影响分析

三峡工程蓄水使得下游长江河道水温情势发生显著变化,并对下游生态环境产生重要影响。基于宜昌水文站14年的实测资料,采用纵向一维水温模型模拟分析了宜昌至监利300 km河道水温变化过程,探讨了不同蓄水期三峡工程下泄水温变化对坝下鱼类产卵场的影响程度。结果表明：1三峡工程蓄水后宜昌断面水温出现了平坦化及延迟现象,低温水和高温水效应明显;175 m蓄水期宜昌断面4月、12月,水温分别较蓄水前改变-4.3℃、3.7℃。2三峡工程的运行使得下游河道水气热交换量发生变化,但干流流量较大使得水温沿程恢复效果较弱;工程调蓄对坝下河段的影响占主导作用,三峡工程调蓄对监利断面4月、12月存在-3.2℃、3.0℃的温度影响。3三峡工程蓄水后,宜昌中华鲟产卵场冬季20.0℃的水温出现时间推迟1-4旬,监利四大家鱼产卵场春季18.0℃的水温出现时间推迟1~3旬,并随着蓄水位的抬升,推迟幅度逐渐加大。

水库水温分层的流场分析

水库水温分层是流体密度流现象的一种,其形成受库区内流场、太阳辐射和表层热交换的共同影响,而水温分层状态的出现又将影响水库来流在库区的流动过程和出库水流的温度.以流场与温度场耦合计算的立面二维水库水温模型为基础,对水温分层的主要影响因素进行了理论分析,结合数值模拟讨论了温度场与流场的相互作用,对分层状态与来流发展特别是与垂向流动的关系进行了剖析.认为一定的来流水温差和表层热通量是水库形成分层状态的必要条件;水库表层温跃层对紊动扩散的抑制使温跃层内纵向和垂向动量均低于层外水体,上游来流高温水遇此温跃层之后易被阻碍而形成密度流下潜;双温跃层主要由高温流动层通过紊动不完全侵蚀底部低温水层而形成;水库底部回流区方向受主流动层流线方向控制并随主流动层流线趋于水平而被压缩;泄流孔口高程处主流动层形成的流速切应变使附近温度梯度减小,等温线趋于稀疏,主流动层随流量增加而增厚.

瀑布沟水库水温影响调查

为研究大型水库热力学过程的演变规律,于2012年4月—2013年5月对瀑布沟进行了现场原型观测。基于现场实测资料,采用对比和统计分析的方法,阐述了瀑布沟水库不同季节的水温结构变化规律,以及坝址上下游的热力关系。研究结果表明:瀑布沟库区水温分层等温线呈近似水平线,坝前垂向水温在高温期出现双温跃层现象,冬季库尾段出现冷水下潜现象;与坝址天然水温过程相比,电站下泄水温过程表现出了明显的均化效应和延迟效应,最大降温出现在4月达1.7℃,最大升温出现在12月达3.3℃;由于深层取水,电站下泄水温日过程具有较好的稳定性,取水口对坝前分层水体具有"抽吸"作用。

流域水电梯级开发水温累积影响特征分析

采用立面2维水温模型,以金沙江下游梯级水电站为例,对各梯级水库的水温分布及变化过程进行了数值模拟。计算结果揭示了梯级水电站水温累积影响的3大特征,即下泄水温延迟效应、平坦化效应和库内水温的同温化效应。研究结果还表明:联合调度时,梯级下泄水温的延迟效应和平坦化效应随梯级数量增加而强化,但其强化趋势趋缓;下游梯级库区水温同温化现象显著,库区在升温期垂向温度梯度和全库温差减小明显,下层过渡层和温跃层基本消失,库底同温层厚度扩大。

城区河段多排污口耦合作用的水质模拟

以金沙江中游某河段为例,通过分析城市河流的特性,建立平面二维水质模型,根据河段内当前存在的排污口的排污特征及其位置分布,计算了多排污口同时排污情况下河段内的水质情况,采用高精度网格对21 km的河段进行计算,模拟了污染物在河流中叠加耦合后的污染带分布,并根据计算结果分析判断污染物是否会对河段中取水口产生较大的影响,从而为城市规划提供了一定的科学依据.

雅鲁藏布江干流中游河段水温特性分析

水温是水环境中重要的影响因子,青藏高原由于独特而复杂的高原气候及水文地形特征,会对河道的水温情势产生重要影响。以雅鲁藏布江干流多年长系列气象、水文及水温资料为基础,利用多元线性回归模型对水温影响因子进行了识别,并采用统计学方法对水温时空分布特性进行了分析。研究结果表明:对于上游拉孜和奴各沙站点,影响这2个区段水温的主要因素为气象,且气温影响起主导作用;而对于下游羊村和奴下站点,影响这2个区段水温的主要因素为上一站水温,即上游水温对这2个站的水温影响较大;年际水温表现出微弱增温趋势,且增温率由上游到下游增大;随着海拔降低气温升高,水温也在逐渐升高,但由于融雪径流补给使得奴下站水温升温偏缓、最高水温偏低。

四川秦巴山区河流生态补偿体系构建——基于水资源开发影响

针对受水资源开发影响的四川秦巴山区河流生态补偿体系中,现有的补偿主客体、补偿标准、补偿模式、补偿支付制度及补偿激励政策的问题,探讨了秦巴山区河流生态补偿体系的构建。根据秦巴山区河流生态体系的特点,提出了4种生态补偿原则;通过利益相关者分析及利益相关者的权责分析,确定了生态补偿的主客体;采用Vague集相似度量方法,构建了相应的补偿标准;针对不同的生态补偿内容和补偿主客体,建立了3种补偿模式;设计了激励政策系统框架;并提出了生态补偿度评价方法。

山区小流域梯级开发的水温累积影响研究

山区小型河流比降大,为充分利用发电水头常采用龙头水库加引水式电站的梯级开发方式。通过对西南山区某小型河流的水库以及河道水温年内变化过程的观测,研究龙头水库加引水式电站的梯级开发方式对河道水温过程的累积影响。观测结果表明：龙头水库蓄热作用明显,夏季龙头水库水温分层现象显著,坝前垂向温度梯度为0.15 ℃/m;坝前取水口对水库上层水体有一定抽吸作用,抽吸高度约8 m,下泄水温比取水口中心高程水温高1.3 ℃;从全年变化过程看,电站下泄水温过程较天然水温过程滞后1个月,3-4月表现出明显的低温水现象,9-12月表现出明显的高温水现象,月均水温最大差异分别为-1.7和2.8 ℃;同时观测结果显示水流经过引水式梯级后水温基本不变,首尾相连的引水式梯级导致龙头水库的下泄低温水较难恢复,春季低温水现象沿程累积增强,秋冬季高温水现象则沿程有所减缓。

拉萨河下游水温变化特征及其影响因子分析

以拉萨河下游1956—1982年水温、气温及流量资料为基础,利用累计距平和滑动平均法分析了水温变化特性及变化趋势,并分析了水温对气温及流量变化的响应关系。结果表明：1拉萨河下游河段水温沿程升温率为1.0～2.8℃/100 km,研究河段的下游段因气温升高,且多为分汊型河道,故水温显著升高,研究站点间春季水温温差较大,冬季水温温差较小;2研究河段年均水温为7.3～8.4℃,夏季水温变幅大于冬季的;320世纪50年代中期到60年代中期水温降温率为-0.74℃/10 a,60年代中期到70年代初期水温升温率为0.47℃/10 a,70年代初期到80年代初期水温倾向率为0.005℃/10 a;4多年平均水温高于多年平均气温,同时期内水温的变化趋势与气温的相同,与流量的相反。

水库水温模拟预测中常见问题探讨

针对影响水库水温模拟效果的常见问题,提出以水温-气温相关法确定缺乏资料地区的现状水温,对水库地形校正效果开展定量分析,讨论了气温直减率对水气界面长波辐射、蒸发、传导的影响程度,对比了部分气象经验公式的热通量计算差异,以二维模型为例定性分析了零方程与双方程紊流模式、静水压力假定与完整垂向动量方程的差异,提出了可通过热量收支平衡、逐月径流量与库容关系等方法定量检验模拟结果的合理性。

电站下游河道的纵向1维冰情模拟

电站下游河冰演变过程涉及水库调度、热力、水力、风力、地形以及冰水物理性质等众多因素,且彼此相互联系、相互制约。为模拟电站下游河道冰情,通过分析电站下游河冰生消演变的物理过程,建立适用于电站下游河道水温冰情预测的纵向1维水动力学、水温与冰情耦合的数学模型,采用丰满水库下游河道水温冰情原型观测成果对模型进行了参数率定与验证。结果显示该模型能较好地模拟出电站下游零温断面和封冻断面受流量、水温及气象影响下的变化过程,同时模拟出河道的封冻过程及冰厚的增长过程,并与实测成果符合较好。

过饱和TDG释放系数与泥沙含量的关系研究

随着梯级电站的建成运行,总溶解气体(Total dissolved gas,TDG)过饱和对鱼类的不利影响受到更广泛关注。泄洪多发的夏季常伴随冲沙,泥沙含量的变化对过饱和TDG输移释放过程的影响。在自行设计的具有挡板结构的实验水槽中,开展了不同流量和泥沙含量条件下的过饱和TDG输移释放过程实验研究,并开展数值模拟计算,反算得到各条件下的释放系数。结果表明泥沙的存在增加了水中供溶解气体析出所需的介质,加快了过饱和TDG的释放过程,TDG的释放系数也随着泥沙含量的增大而增大。该研究为探讨加快过饱和TDG释放过程的工程措施和减缓TDG过饱和对鱼类不利影响的生态调度措施研究提供技术参考,具有一定应用价值。