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。

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。

计算河段最小生态需水的生态水力学法

水文学法与水力学法对河道生态需水量采用的方法都比较宏观,没有仔细考虑水生生物水力生境需求。本文提出了计算河道最小生态基流量的生态水力学法,该法是通过目标水生生物适宜的水力生境确定河段最小生态需水量,文章对河道水力模拟,水生物生境描述等理论进行了研究,同时结合目标水生生物对水力生境的需求,重点研究水深、流速、湿周、水面宽、过水断面的面积、水面面积、水温等水力生境参数;急流、缓流、浅滩及深潭等水力形态的指标表现形式。本文提出的生态水力学法具有直观、定量的特点,为河道确定生态基流量提供了一套较具体、可行的方法。

弯道水力学研究现状与进展

研究弯道水流的水力特性对充分利用其特点来为工程服务,确定枢纽的闸顶高程、取水口的位置和工程的防冲具有重要意义.由于弯道水流流态十分复杂,目前弯道结构特征对水流特性的影响机理尚有待深入研究,本文对弯道水流的研究现状和进展进行了全面述评.

生态水力学法在河段最小生态需水量计算中的应用

以雅砻江锦屏二级水电站建成后造成坝后119 km的减水河段为例,用生态水力学法计算了减水河道最小生态流量,得出为满足减水河段鱼类的生存及繁衍,枯水季节猫猫滩闸址处必须保证下泄45 m3/s流量,在该流量下,锦屏二级水电站减水河段中95%左右河段水深、流速、水面宽、湿周率、过水断面面积、水面面积等水力因子可满足河道内鱼类的生存繁衍;水温的变化不会影响河道内鱼类的产卵;鱼类适应的缓流、急流、浅滩、深潭等水力形态的位置发生变化,数量保持不变。总的来说,水生生物的生物量将随着河道流量的减小而减少,但种群数量将保持不变。该实例为生态水力学法计算河道最小生态需水量做了一些探索性的研究工作。

鱼道进口布置方式对集诱鱼水流水力学特性的影响研究

鱼道进口的布置方式直接影响着集诱鱼水流的水力学特性,集诱鱼水流能否被鱼类识别和适宜鱼类洄游,决定着诱鱼效果,是整个鱼道工程成败的关键。本文提出两种鱼道进口布置方式,分别布置于闸墩旁和集诱鱼通道旁。为说明不同的鱼道进口布置方式对集诱鱼水流水力学特性的影响,采用标准k-ε3维紊流模型和VOF模型,对两种布置方式进行了3维数值模拟,并通过物理模型试验结果验证数值模拟的合理性。通过对比分析两种布置方式集诱鱼水流的流态、流速、流速适宜区宽度和紊动能表明:在集诱鱼通道布置方式下,集诱鱼水流流速更小,下游靠边最大流速减小1.0 m/s;流速适宜区(0.70~1.41 m/s)横向宽度更大,最大横向宽度增大3.0 m;水流紊动能更小,鱼道进口处最大紊动能减小0.60 m^2/s^2。集诱鱼通道布置方式下的水流具有更适宜鱼类洄游的水力学特性,能更有效地吸引并引导鱼类洄游上溯,找到鱼道进口,可为鱼道进口布置设计和研究提供参考。

V形阶梯溢洪道水力学特性试验研究

针对V形阶梯溢洪道在大单宽流量下运行存在的问题,研究了坡比为1∶2的V形阶梯溢洪道在不同单宽流量时的流态、时均压强、消能率等水力学特性。试验结果表明,同一阶梯的不同位置,漩涡的强度不同,越靠近中轴线漩涡强度越小;阶梯水平面上的负压区集中于靠近边墙的凹角处,中轴线附近无负压;阶梯竖直面上,凹角处时均压强最大;消能率较高,且适应范围更大。

深层隧道排水系统中井隧水力学特性研究

深层隧道排水系统(深隧)是布置于深层地下的大型排水工程,一般由调蓄隧道、入流竖井、通风设施(排气井)及排水泵站组成,具有调蓄雨洪及控制溢流污染的作用。其中调蓄隧道为避开地铁等城市地下工程往往布置于距离地面30~60 m深处,入流竖井连接地表浅层管网和深层隧道。深隧系统竖井内部的水力学特性复杂,具有单宽流量大、落差高及大量掺气等特点,处理不当将造成较大的破坏。而极端降雨期间,由于未能充分排气而产生的间歇喷涌,也会对设施造成损害。本研究采用物理模型试验和水-气两相流数学模型CLSVOF(Coupling Level Set and Volume Of Fluid),研究了不同结构竖井(旋流式竖井和螺旋阶梯式竖井)水力学特性和调蓄隧道中的间歇喷涌问题。根据施工条件设计的两种竖井方案的消能率接近,旋流竖井存在负压及较大震动、排气不畅,而螺旋阶梯式竖井流速较低且流态稳定。在对调蓄隧道中"间歇喷涌"的数值模拟研究中,排气井管径对间歇喷涌的影响十分显著,模拟情景中最剧烈的喷涌会产生5.35倍初始状态下的测压管水头和38.2 m/s的喷涌速度。

高坝水力学中紊流数学模型的应用及改进(Ⅱ)

介绍了采用紊流模型和有限体积方法,通过数值模拟解决几类典型的高坝水力学问题:(1)水垫塘三元典型流态模拟、水垫塘水体消能分区;(2)具有未知底边界的冲刷坑水流模拟;(3)洞塞消能、竖井旋流式消能和龙抬头式泄洪洞反弧段的流场模拟;(4)掺气挑坎形成的高紊动掺气水流的流场模拟。这些问题来源于实际工程,成果也已应用于工程设计中。

高坝水力学中紊流数学模型的应用与改进(Ⅰ)

对高坝紊流数值模拟中的几项关键技术进行了系统总结,特别是介绍了不规则动边界如自由表面和具有未知底部边界的冲刷坑的模拟跟踪技术、正交与非正交网格生成技术、两相流包括水-气两相和固-液两相紊流模拟中的关键技术,指出紊流数值模拟技术将在高坝水力学问题的研究中得到越来越广泛的应用。

高坝水力学的理论与实践

在我国高坝工程快速兴建的背景下,高坝水力学呈现出前所未有的发展态势。对我国近年来高坝水力学的理论、方法、技术研究及其在工程中的应用进行了综述,涉及消能防冲、空化空蚀、流激振动、泄洪雾化、水气二相流等多个方面。将该领域的发展趋势归纳为深度、广度和高度3个方向,即理论研究从宏观尺度向细观尺度深化;研究范围从坝区向流域拓展;新技术研发向进一步突出原创性和系统性提升。通过回顾与展望,总结了我国高坝水力学所取得的成就以及目前面临的挑战。

坡面流水力学特性研究的进展

简要介绍了坡面流水流流态、平均流速、水深以及阻力系数等水动力学特性研究现状;全面总结了坡面流水动力学特性诸方面研究的最新进展,并对影响坡面流水力特性的因素进行对比,得出重要结论。最后,提出了坡面流及坡面侵蚀过程研究中存在的主要问题及未来展望。

裂腹鱼自然生境水力学特征的初步分析

裂腹鱼是西南山区河流中较具代表性的优势种,广泛分布于雅砻江、大渡河、青衣江的干支流和岷江干流。本文以这些河流为研究对象,选取了39个断面,提取了水面宽、水深、流速等栖息地评估因子的数据,进行统计分析,以断面数据间接揭示裂腹鱼分布河流的水力学特性,既而揭示裂腹鱼生境的一些水力学特性。分析表明,在西南山区河流中,裂腹鱼对最低水面宽的需求应不低于20m,对最低平均流速的需求应不低于0.2m/s,对最低平均水深的需求应不低于0.4m;枯水月2月裂腹鱼对平均流速的需求,小河主要集中在0.4m/s～1.2m/s,中河集中在0.36m/s～0.9m/s,大河集中在0.4m/s～1.0m/s;对水面宽的需求小河主要集中在20m～60m,中河集中在30m～120m,大河集中在65m～180m;对平均水深的需求小河集中在0.3m～0.65m,中河集中在0.44m～2.6m,大河集中在1.5m～5.8m。

高坝过鱼设施集诱鱼进口水力学条件数值模拟与模型试验研究

集诱鱼设施是高坝过鱼设施的关键组成部分,其进口位置的水力学条件决定了过鱼设施的过鱼效率。为了寻找河道中满足集诱鱼设施进口水力学条件的区域,本文以某高坝工程为例,根据相关调查结果,确定了7种过鱼对象,提出了集诱鱼进口所需要满足的2种水力学条件,即流速范围为0.41～1.00 m/s,紊动能范围为0～0.04 m^2/s^2。采用标准k-ε紊流模型和VOF方法追踪自由液面,对过鱼季节不同机组运行条件下尾水下游1 km河道范围进行了3维紊流数值模拟,来研究河道中紊动能和流速的空间分布,并通过比尺为1:50的物理模型试验验证了数值模拟的合理性。结果表明,不同机组运行条件下主流靠左岸一侧均存在上溯通道,河道左岸紊动能均小于0.04 m^2/s^2;从流速分布来看,满足流速条件的区域面积分别为35 732、22 659、12 201 m^2;在河道左岸存在面积为1 354 m2的区域在不同机组运行条件下能够同时满足紊动能和流速2种水力学条件,该区域能产生良好的集诱鱼水流,集诱鱼效果较好,即集诱鱼进口适宜布置该区域内。

基于鱼类产卵场水力学与生态水文特征的生态流量过程研究

针对山区河流珍稀特有鱼类的水力生境参数定量化困难,以及单一流量的生态需水研究难以反映天然河流生态水文过程的问题,以澜沧江上游某水电站下游分布的澜沧裂腹鱼和光唇裂腹鱼为目标物种,采用非恒定流数学模型,根据目标物种产卵场天然逐日流量过程资料,分析其产卵场在产卵期的水力学特征并构建生态水文指标体系,建立流速、水深适宜度曲线,提出流速、水深需求的适宜范围。并采用河道内流量增量法,结合生态水文指标体系,获得该水电站下泄的生态流量过程,为恢复类似流域生态系统多样性提供了参考。

交错蛮石墙式仿自然鱼道水力学特性研究

根据某工程特点和过鱼要求,提出了三种不同的结构方案,采用标准三维紊流数学模型对比分析了三种方案的水力学特性,并用模型试验对数值模拟结果进行验证。对流场、过鱼适宜性空间和紊动能的分析研究表明,在单级池室中主流流速有先减小再增大的趋势,最大流速出现在长蛮石墙附近;主流两侧的低流速区紊动能范围为0~0.02m^2/s^2,能够形成紊动能较弱的鱼类休息区;同等长宽比时,增加底宽主流最大流速减小0.1~0.2m/s,低流速区面积相对增加5%~8%;同等长宽比和底宽时,鱼道出口的两级池室改为平坡,紊动能减小0.01m^2/s^2。研究结果为交错蛮石墙式仿自然鱼道在实际工程中的应用提供了参考。

齐口裂腹鱼趋流行为的水力学特性研究

过鱼设施的过鱼效果取决于能否准确理解鱼类洄游、集群行为与水力学特性之间的响应关系,能否确定洄游路线和集群区域。以西南山区河流特有的齐口裂腹鱼为例,采用Acoustic-Doppler Velocimeter测得试验水槽的流速分布,利用视频捕捉系统获得试验鱼的运动轨迹,将试验鱼的运动轨迹与不同水力因子(流速、紊动能、流速梯度)进行耦合,定量分析齐口裂腹鱼洄游、集群的水力学特性,并研究了与特定水力因子的相关性。结果表明,齐口裂腹鱼上溯运动过程中,水流方向及流速梯度体现了鱼的趋流特性,决定了鱼的上溯运动方向,而对于局部空间内鱼的游泳运动行为,紊动能也是直接的水力影响因子。这为鱼道进口位置的布置提供了科学依据。

鱼类坝下集群效应对水力学条件的响应规律研究

拦河筑坝阻隔了鱼类洄游通道,鱼类具有天然的溯流习性,会感应到主流上溯,为进行产卵、索饵和洄游在过鱼季节聚集在坝下,产生鱼类坝下集群效应。鱼类的集群行为是鱼类行为学研究的重要内容。影响鱼类集群的三个重要水力学条件有流速、水深、紊动能,为研究鱼类坝下集群效应对水力学条件的响应规律,亟须建立集群分布规律与上述三个水力学因子的相关性。采用三维湍流模型对观测时所处运行工况的坝下流域进行了数值模拟,并用试验验证了数值模拟的合理性,使用观测仪器探测坝下四大家鱼分布规律,分析集群行为特点及其相关性。研究表明:当流速处于0.7～0.24 m/s之间时,鱼体数量与流速呈正线性相关,且四大家鱼集群最佳流速范围为0.060～0.12 m/s;当水深值处于2.4～3.9 m之间时,鱼群数量与水深呈正线性相关关系,鱼类集群适宜水深下限值为2.8 m;当紊动能值处于0～0.001 2kg·m^2/s^2之间时,鱼体数量与紊动能有明显的正线性相关关系,当紊动能值处于0.001 5～0.004 0 kg·m^2/s^2之间时,二者成负线性相关,且鱼类集群的平均紊动能适宜范围是0.000 50～0.001 2 kg·m^2/s^2。

含侧向进流的底流消力池水力学模型试验研究

因地形、地质条件的限制,某些工程需将消力池作为电站尾水排放通道,从而导致消力池在运行过程中出现侧向进流的现象。针对这种布置形式,结合某实际工程在1∶40的模型上对其水力特性进行了试验研究,观测了水流流速、尾水渠水位、水流流态等水力学指标,经对比分析,提出了一种较为合理、经济的侧向进流方式,即跌坎底流消力池+尾水涵管体型。试验结果表明,该体型不仅有效地利用了地形,还妥善解决了消能防冲与电站尾水衔接问题。

旋流竖井泄洪洞水力学特性及泥沙输移特性研究

基于RNGκ-ε双方程紊流模型并结合VOF两相流模型,通过模型试验和数值模拟分析了双涡室旋流竖井流态、流速、压力、消能、空化和泥沙输移特性。结果表明,模拟结果与试验值吻合程度较好,涡室段通过掺气坎补气,掺气更加充分,降低了发生空蚀破坏可能性;实测消能率达到75%以上,消能效果较好;不同粒径泥沙在不同流量下在竖井底部存在泥沙淤积,使得消力井深度减小,小流量运行时淤沙最高可达到消力井深度的72%,但经过一次大洪水后泥沙被清空,淤沙高度降低为井深的1.6%,使旋流竖井保持有足够的消能水垫,不会影响其正常运行。在实际工程中,控制拦污栅大小,避免大颗粒泥沙进入泄洪洞导致拥堵,实践中可通过改变运行方式来控制消力井淤沙高度,使其有足够富裕的水垫深度来满足旋流竖井设计和正常运行要求。