基于物理模型试验方法的水利枢纽鱼道流场特征研究

针对飞来峡水利枢纽补建鱼道,通过物理模型试验,获得了不同流量不同开度下各鱼道断面流速、时均压强及紊动能分布。结果表明:流速峰值主要出现在第二阶鱼道,鱼道出口端时均压强最大,各阶鱼道紊动能变化较为稳定,鱼道可调节闸门对水流紊动有较好控制作用。成果对鱼道设计具有参考价值。

飞来峡水库蓄水初期营养状态及浮游生物分布特征

于２０００年丰水期和枯水期调查分析了新建河流型水库—飞来峡水库在蓄水初期的营养状态及浮游生物特征。结果表明:水库处于营养累积高峰期,已开始回落,但流域上游大量含磷废水使水库中磷含量继续上升,目前属于中营养型。共记录到浮游植物２９种(属),以蓝藻门、绿藻门、硅藻门种类较多,其中丰水期以蓝藻和绿藻为主,枯水期是硅藻占优势,除大坝附近外,浮游植物两个季节密度变化不大,为０．３９×１０６ｃｅｌｌｓ·Ｌ－１。浮游动物５３种(属),其中包括僧帽溞和透明薄皮溞两种嗜寒性种类,丰度为５２ｉｎｄ．·Ｌ－１,枯水期高于丰水期,数量以轮虫和无节幼体为多。

气候变化情景下北江飞来峡水库极端入库洪水预估

以北江飞来峡水库上游为研究对象,构建了网格分辨率为0.25°×0.25°的VIC(Variable Infiltration Capacity)水文模型,应用CMIP5多模式输出的降尺度结果与VIC模型耦合,对RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下未来时期(2020—2050年)飞来峡水库的入库洪水进行预估,并根据IPCC第5次评估报告处理和表达不确定性的方法来描述预估结论的可信度。结果表明,2020—2050年飞来峡水库年最大洪峰流量和年最大7日、15日洪量在RCP2.6情景下"大约可能"呈增加趋势,在RCP4.5和RCP8.5情景下"较为可能"呈增加趋势,水库防洪安全风险增大。与历史时期(1970—2000年)相比,未来水库极端入库洪水增加的可能性从大到小依次为RCP4.5、RCP2.6和RCP8.5情景,其中设计洪水100年、50年和20年一遇的洪峰流量在3种排放情景下均呈上升趋势,100年、50年和20年一遇的最大7日、15日洪量在RCP4.5情景下以上升为主,而在RCP2.6和RCP8.5情景下则主要呈减少态势。

南亚热带河流型水库浮游植物群落的季节变化:以广东飞来峡水库为例

于2003年4-12月调查了广东省飞来峡水库的水文、营养盐分布状况和浮游植物种类与数量,分析了浮游植物群落的种类及数量组成与动态特征,探讨了其动态变化的驱动因子。结果表明,飞来峡水库是一个典型的河流型大型水库,水力滞留时间短,年均值低于15 d;降雨量主要集中于夏季,最短水力滞留时间只有8 d。水温全年没有分层现象。丰水期营养盐和叶绿素a高于枯水期。浮游植物生物量低,细胞密度在21.7×103-808×103 cells L-1之间变化,没有超过106 cells L-1,叶绿素a的平均浓度为2μg L-1。浮游植物种类较多,4次采样共检到140种。种类组成上有较大变化,4月份有83种,以硅藻为主;7月和9月超过90种,以绿藻为主;12月有51种,蓝藻、绿藻和硅藻种类数量相当。优势种类的构成上与温带水库不同,硅藻仅在低水温时期为优势类群,而在丰水期则以蓝藻、绿藻和硅藻共同占优势。硅藻的主要优势种是变异直链藻(Melosira varians)、梅尼小环藻(Cyclotella menighiniana)和针杆藻(Synedra spp.)。绿藻种类组成季节变化较大,没有明显的优势种类。丰度相对较高的有美丽胶网藻(Dictyosphaerium pulchellum)、集星藻(Actinastrum hantzschii)和空球藻(Eudorina elegans)等。蓝藻的优势种以粘球藻(Gloeocapsa sp.)、优美平列藻(Merismopedia elegans)和伪鱼腥藻(Pseudoanabaena sp.)为主。与绿藻不同的是蓝藻的优势种在全年均可出现。隐藻只在水力滞留时间较长、温度较低的12月份占优势,主要优势种为啮蚀隐藻(Cryptomonas erosa)、尖尾蓝隐藻(Chroomonas acuta)。

广东飞来峡库区水深遥感

通过深入分析太阳光在水体中传输的物理过程,引入水体光学厚度概念,根据辐射传输理论,推导出水深遥感物理模型。以广东省飞来峡水库为例,采用SPOT5多光谱遥感数据,对其进行精确的辐射纠正、大气纠正,转化为符合地表实际反射率的反射率图像。经过水陆分离,选用合适的遥感波段数据,代入有关水体光学参数,应用水深遥感模型,计算出水域各像元水深值,通过图像处理软件绘制水深遥感制图。由于水面采砂、网箱养殖等人类活动的影响,水库采砂区水域水体浑浊以及库湾水域叶绿素浓度偏大,影响水深遥感精度,本文的模型综合考虑了水中泥沙和叶绿素对水深遥感的影响,并采用多波段数据求解水深,信息量丰富,精度得到大幅度提高。

飞来峡水利枢纽新建二、三线船闸通航水流条件的试验研究

飞来峡水利枢纽由于场地限制,新船闸需要在在凸岸建设,要获得良好的通航水流条件难度较高。本文通过整体定床物理模型试验,研究了飞来峡水利枢纽新建二线、三线船闸并列布置方案在各种正常运行工况下的通航水流条件,对船闸布置方案进行了优化,最终提出了满足通航要求的船闸布置方案,可供同类工程设计参考。

基于PDM的飞来峡水库实时水文预报模型

水文预报模型是实时预报预警系统的核心。基于新型的概率水文预报PDM(The Probability Distributed Model),构建了北江流域飞来峡水库概率水文预报模型。将整个流域划分为18个子流域,对每个子流域分别建立PDM,并采用历史降雨流量数据序列对各子流域和流域PDM进行参数率定;以横石站为参考站,采用52场次实测历史洪水进行模型验证和精度评定,洪峰预报合格率为99%,精度等级为甲等,模拟精度高,说明了PDM结构和参数取值的合理性,以及模型在该流域的适用性。

北江飞来峡库区典型流域非点源污染特征分析及模拟

为分析飞来峡库区典型流域非点源污染状况,开展社岗流域场次降雨径流水量水质监测试验,采用平均浓度法估算非点源污染负荷量,分析各场次降雨径流污染物特征并计算非点源污染贡献率,应用SWAT模型进行径流及非点源污染模拟。结果表明,径流量对SS、BOD5等浓度和负荷量均有较强的主导作用,TN、NH3-N等初期冲刷效应较为明显,污染物负荷量与径流量的相关性好于污染物浓度与径流量的相关性,各污染物的非点源污染贡献率均达到80%以上。SWAT模型径流模拟的率定期和验证期效率系数分别为0.85和0.73,表明所构建的SWAT模型精度良好。在污染物率定期,雨强较大的典型日污染物模拟效果最佳,污染物相对误差基本在10%以内,而在雨强较小时,TN、TP等均出现较大程度的低估现象;在污染物验证期,由于该时期正处于春耕施肥期,TN、TP模拟结果相对误差较大,且均为低估。总体而言,SWAT模型模拟精度良好,基本能反映该流域非点源污染状况,可为飞来峡库区流域的非点源污染模拟与控制提供参考。

河道型水库动库调洪模型构建及应用

在河道型水库实时洪水预报调度中,动库容的影响不容忽视.采用中心形式的有限体积法构建飞来峡水库动库调洪一维模型,并基于黎曼近似解方法,应用HLLC格式计算界面通量,确保数值解的空间同步性和计算成果的精度.利用构建的动库调洪模型对飞来峡水库4种典型年型的16种设计洪水工况进行模拟计算,并与静库调洪成果进行比较,结果表明飞来峡水库动库调洪效应明显.研究成果在我国其他河道型水库防洪决策中具有较高推广应用价值.

飞来峡水利枢纽库区动态纳污能力计算研究

根据飞来峡水利枢纽库区水流及水质特点,选取不同设计流量,建立二维水流水质模型.通过水槽实验,拟合水质衰减系数与流速的关系曲线,以获取模型水质计算参数.研究结果表明：通过概化排污口排污量与混合带长度响应关系计算,确定各排污口混合带长度在1 300～2 500m之间;在90％最枯月、50％最枯月及多年平均流量水文条件下,飞来峡库区干流水域COD纳污能力分别为162 107.7t、199 220.2t及372 104.3t; NH3-N纳污能力分别为2 757.4t、3 408.4t和6 276.4t;飞来峡库湾的纳污能力远小于库区干流水域,库湾COD纳污能力仅相当于干流的25％,NH3-N纳污能力仅相当于干流的5％;飞来峡库区纳污能力年内逐月差异显著,其中汛期（4～9月）纳污能力较大,COD、NH3-N纳污能力约占全年纳污能力的58％,飞来峡库区年内月纳污能力与月平均流量呈现较好的正相关关系.

飞来峡水库洪水资源化利用与风险分析

针对北江流域河道型水库飞来峡水库洪水资源化利用问题,基于多约束的河道型水库水资源高效利用原则,构建了水库防洪调度模型。基于决策树法分析了加快汛末回蓄和提高正常蓄水位两种优化调度方案下飞来峡水库洪水资源可利用量的变化规律,并采用随机洪水过程方法模拟计算了两种方案下洪水资源利用的风险概率。结果表明:抬高飞来峡水库正常蓄水位至24.8 m时属于风险边际增量较小的推荐方案,可年均增加水资源利用量6.46亿m 3,对于缓解供水紧张局面具有显著效果。

飞来峡水利枢纽库区纳污能力及限制排污总量研究

根据飞来峡水利枢纽库区现状水质及污染概况,以COD、NH_3-N、TP、TN为污染物指标,选取合适的计算模型,计算了90%保证率、50%保证率最枯月及多年平均入库流量三种水文条件下的水域纳污能力;并以确保飞来峡库区达标指标维持现状且超标指标逐步得到改善的原则下,核定了2020年及2030年飞来峡水库的限制排污控制总量。其成果可为飞来峡库区水资源保护管理决策提供参考。

强度储备法在飞来峡土坝稳定性分析中的应用

强度储备法抓住影响坝体稳定因素中最关键的强度指标,通过研究不同强度参数所对应的破坏区域的演变关系,分析坝体的稳定性和潜存的破坏机理,在混凝土坝和岩体结构的稳定分析中得到了普遍应用。但将强度储备法应用于土坝稳定性分析中属首次,以飞来峡水利枢纽土坝为例,采用二维有限元强度储备法对其稳定安全系数进行了计算分析,研究了边坡的失稳破坏机理,对安全性进行了评价,为运行管理提出了一些有益的参考意见。

坝基对飞来峡土石堤坝变形规律影响的分析

通过对广东省飞来峡水利枢纽社岗堤一典型断面进行有限元计算,得出土石坝在不同坝基情况下的水平位移和沉降量的计算结果,分析坝基各因素对土石坝变形计算结果的影响,得出了不同坝基的土石坝变形规律,为进行飞来峡水利枢纽社岗堤多种地基条件模拟计算时的边界范围和约束条件的选择提供了重要参考。

基于GFS的飞来峡流域水文集合预报

传统水文预报都是确定性的预报,没有充分利用气象预报信息,并且未给出预报的不确定性信息。分析了美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)提供的全球预报(Global Forecast System,GFS)降水数据;然后通过集合预报前处理,将预报降水输入到分布式水文模型;最终给出水文集合预报。通过对比分析,表明采用了降水预报数据的水文集合预报要比传统水文预报准确率高。采用全球天气预报信息进行水文集合预报是发展水文预报的有效途径。

飞来峡水库入库洪水计算模型探讨

在分析北江流域暴雨洪水特性的基础上,针对飞来峡水库流域洪水的特点和复杂性,采用水文学和水力学相结合的方法,构建了飞来峡水库入库洪水计算的耦合模型,整个模型由区间洪水计算的流域水文模型和河网水力学数学模型组成,模型的计算结果表明,洪水模拟与实测过程拟合较好,精度较高。其成果可作为飞来峡水库入库洪水分析和水库动库调洪计算的基础,为水库防洪调度的设计提供依据。在流域洪水模拟的过程中,采用了移用邻近参证流域资料进行水文参数率定和降雨径流模拟,取得了满意的结果,对无资料区间的洪水计算进行了有益的尝试。

飞来峡水利枢纽国民经济后评价

后评价是水利基本建设程序的重要组成部分和最后环节,是固定资产投资管理的一项重要内容。国民经济评价是项目后评价的主要内容之一。飞来峡水利枢纽运行以来,积累了一定的资料,具备对枢纽进行后评价的条件。为了提高水利基建项目投资决策和管理水平,提高经济效益和社会效益,从投资、费用及国民经济效果方面,对飞来峡水利枢纽进行了后评价,并且与前评价结果进行了对比分析。

飞来峡库区临时蓄滞洪区洪水风险分析

以飞来峡水库为研究对象,构建了一维、二维以及水力学耦合模型,研究不同年型与频率洪水对临时蓄滞洪区淹没的影响。采用“62·8”和“82·5”两场年型洪水率定模型参数,利用2006年7月和2008年6月两场历史洪水实测资料进行模型验证。经率定与验证,模型成果合理可行。以北江流域发生的两场典型洪水“62·8”和“82·5”设计重现期为300年、200年、100年和50年共8种不同工况,统计其沿程典型断面最高水位、蓄滞洪区淹没面积及洪峰抵达时间,并基于DOM及DEM叠加图统计的库区人口与房屋调查数据,分析4处临时蓄滞洪区的淹没风险。结果表明,飞来峡水库在防御50年一遇以上洪水时,库区临时蓄滞洪区将遭受不同程度淹没影响,亟待加强工程措施与非工程措施以减轻洪水灾害风险。

飞来峡双线省水船闸水力学特性试验

为研究广东北江飞来峡双线船闸采用相互输水方式运行的可行性及其省水特性,建立物理模型进行水力学及省水特性试验研究。对推荐的双线相互输水的省水运行方式与单线输水运行方式进行试验对比研究表明：采用省水模式节约耗水量30%~41%,闸室及引航道水力条件优于单线运行模式,且不影响通航需求。

分光光度法测定飞来峡水库水中的铀、钍

用 Fe( OH) 3共沉淀淡水样中的铀和钍 ,经硝酸溶解后 ,用 2 3 5 N-环己烷萃取铀钍 ,在盐酸介质中用分光光度法分别测定飞来峡水库水样铀、钍的含量。结果表明 ,铀、钍的回收率稳定在 80 %以上 ,方法稳定可靠 ;飞来峡水利枢纽建成后库区水体中铀、钍的含量维持在以前的水平。