西南山区防洪水库泄洪过饱和总溶解气体预测及影响研究——以江家口水库为例

高坝泄洪会产生总溶解气体(Total Dissolved Gas,TDG)过饱和,将导致坝下鱼类患气泡病甚至死亡。然而,中国西南山区防洪水库泄洪期间过饱和TDG对鱼类影响尚不清楚,开展防洪水库泄洪过饱和TDG生成规律及其对坝下鱼类的影响研究具有重要的研究意义和理论价值。耦合纵向一维水动力模型、过饱和TDG生成模型、混合模型和纵向一维输移释放模型建立了高坝泄洪过饱和TDG影响评估框架。以西南山区防洪水库江家口水库为例,研究了采用表孔溢洪道宣泄2年一遇洪水、表孔溢洪道宣泄5年一遇洪水、底孔泄洪放空洞宣泄2年一遇洪水、底孔泄洪放空洞宣泄5年一遇洪水,4种泄洪情景过饱和TDG的生成和坝下输移释放特性,分析了过饱和TDG对坝下重点保护鱼类的影响。结果表明:4种情景产生的TDG饱和度分别为110.9%、115.4%、113.7%和119.9%;随着坝下TDG的输移耗散,除采用表孔溢洪道宣泄5年一遇洪水时坝址—坝下2.7 km河段和采用底孔泄洪放空洞宣泄5年一遇洪水时候坝址—通江汇口河段外,各情景各河段的TDG浓度均低于115%;所有泄洪情景均不会对鲢鱼产生不利影响;坝下河段水深均满足岩原鲤的补偿水深,在其利用补偿水深后,岩原鲤不会受到过饱和TDG的影响。研究成果可为高坝泄洪对坝下水生态影响的评估提供技术支撑,可帮助水库管理者制定定点修复的减缓措施。

发电尾水掺混对过饱和TDG分布的影响研究

在总结前人研究成果的基础上，拟采用平面二维数值模拟的方法，以大朝山电站和巴拉电站为例，从泄洪水流与发电尾水的流量比、泄洪建筑物与发电厂房相对位置，以及两者交汇角等方面进一步研究不同条件下发电尾水与泄洪水流的掺混过程，分析发电尾水对泄洪水流中过饱和TDG的分布规律的影响。研究结果表明发电厂房与泄流建筑物相对位置的不同，汇流比的变化，以及流量大小的不同等均对下游过饱和TDG分布产生影响。该研究成果可为今后水库洪水期间缓解过饱和TDG影响的优化调度提供理论依据。

泄洪强度对深水库区过饱和TDG输移影响研究

随着金沙江上游梯级水库的建设运行,高坝泄洪导致的总溶解气体(TDG)过饱和问题较为突出,且不同泄洪强度下,过饱和TDG在深水水库中的输移特性尚不明晰。采用原型观测和立面二维数学模型相结合的研究手段,分析了不同泄洪强度情景下溪洛渡-向家坝区间过饱和TDG输移规律。结果表明:溪洛渡水库泄洪流量与泄洪时长驱动向家坝库区过饱和TDG输移衰减过程,过饱和TDG输移速率随泄洪流量及泄洪时间增大而加快,最快可达21.25 km/d;溪洛渡水库泄洪流量增加导致库区内部累积的过饱和TDG总量增加,衰减速率降低;在设计工况背景下,过饱和TDG衰减速率随泄洪时间增加而降低,当溪洛渡水库持续泄洪约24 h后,向家坝库区TDG过饱和状态趋于稳定,衰减速率最低仅为0.74%/d。

旋流环形堰竖井泄洪洞总溶解气体过饱和生成及输运数值研究

旋流环形堰竖井泄洪洞是一种采用新型入口布置的内消能装置。由于其结构简单、消能效果好且出口无雾化等特点,在水电站应用中得到广泛关注。然而,其泄洪时的总溶解气体(total dissolved gas,TDG)过饱和这一关键问题的研究目前鲜有报道。该文使用VOF模拟泄洪过程中的自由液面,并分析了有顶压板和无顶压板时的流态差异,采用Ansys Fluent结合UDF(user-defined function),模拟泄洪过程中的TDG饱和度,建立了旋流环形堰竖井泄洪洞中TDG的生成和输运模型。结果表明,泄洪流速对TDG饱和度的影响较大:5 000年一遇洪水(流量Q=503.36 m^(3)/s)情况下,TDG饱和度可能超过140%,并在下游保持较高水平;200年一遇洪水(流量Q=248.39m^(3)/s)情况下,最大TDG饱和度可降至约130%,并在下游保持在120%左右。此外,对已建立的三维两相流模型中影响TDG的两个关键参数:掺气率和初始气泡半径进行了敏感性分析。结果发现,TDG饱和度随掺气率的增加和初始气泡半径的减小而增加,且掺气率的影响占主导地位。