河道型水库干支流交汇段水力特性数值分析

以典型河道型水库库区主流与支流交汇段几何尺寸与来流条件为参照,建立了三维概化数学模型并开展多情景数值分析,以揭示不同交汇角对干支流交汇段关键水力特性变化的影响.重点研究了交汇角α分别为30°,60°,90°,120°,150°的5种工况,计算结果表明:在不同交汇角条件下均存在紊动能高值集中区域,且紊动能与交汇角大小存在正相关关系,即随着交汇角增大,紊动能峰值区域的面积及峰值大小显著增大;不同交汇角条件下床面切应力最大值均由交汇口向支流上游沿程递减,而当α<90°时断面流速变异系数沿程先增大后减小,当α≥90°时断面流速变异系数沿程减小;另外,当α<90°时,床面切应力和断面流速变异系数与交汇角大小存在负相关关系,而当α≥90°时,这2个特性指标随着交汇角增大而递增.     

不同调水方案对太湖五里湖水动力特性的影响分析

调水方法是改善封闭式浅水湖泊水动力条件的重要手段,以太湖流域典型封闭式浅水湖泊五里湖为实例,通过建立二维水动力数学模型,以分析引排水方式、出入流量、风场、底质条件等对湖区水动力特征的潜在影响,为优化调水方案提供技术依据。数值研究表明,引排水方式对湖区空间流态分布起主要作用,在限定引水量的条件下,由南部和东部两处节制闸同时排水有利于改善水动力条件的空间分布,避免出现局部死水区。此外,在湖区水体交换率方面,引排水出入流量起着关键作用,但风场和湖底条件也有不可忽视的影响,在实施调水管理时候应予以充分重视。     

葛洲坝大江泄流对中华鲟产卵场空间分布特征的影响

葛洲坝的修建阻隔了中华鲟上溯到上游产卵场的洄游通道,使其被迫在葛洲坝坝下4 km范围内形成新的产卵场,葛洲坝泄流对中华鲟产卵场的空间分布造成了一定影响.为了探明葛洲坝小出库流量且仅开启大江电厂发电泄流状况下,大江电厂发电泄流量的改变对坝下中华鲟产卵场产卵栖息适合度以及产卵场空间分布特性的影响,在构建中华鲟产卵场三维水动力数学模型及栖息地评价模型的基础上,对葛洲坝大江不同发电泄流量及不同机组泄流量工况下中华鲟产卵栖息地空间分布特征进行深入分析.结果表明,大江电厂单机泄流量增量小于200m^3/s时,可增加坝下中华鲟产卵栖息地适宜值,有利于中华鲟产卵繁殖;增加大江各机组的发电泄流量对坝下中华鲟产卵场空间分布具有一定的影响,各机组流量增量小于200m^3/s时,中华鲟产卵场面积增大,产卵场位置自右岸向左岸扩展,中华鲟获得更为广阔的产卵空间.     

水库调度影响下中华鲟产卵场的水动力特征

三峡工程试验性蓄水于2010年成功蓄至175 m,开始逐渐进入正常运行期.在此背景下,分析近年来三峡-葛洲坝实际联合调度运行对坝下中华鲟产卵场水动力时空特征的影响,对加深理解中华鲟产卵适应性对水利工程调控的动态响应有重要意义.针对葛洲坝至宜昌江段的中华鲟产卵场建立了三维水动力模型,以出现2次鲟鱼产卵繁殖的2011年产卵日为代表性工况,开展了水利工程调度运行影响下的产卵场短期水动力特征模拟研究.研究表明:对鲟鱼自然繁殖起直接作用的河段底层流场较规则稳定,但在水流交汇处和地形突变处会出现局部紊乱变化;上、下产卵区的流速为0.8~1.4 m/s,在大江电厂与二江电厂下游均有流速较大的分布区,流速最大值出现在二江电厂泄水处下游;适宜中华鲟繁殖的流速范围出现在大江下游导流墙尾段至江心隔流堤前段1/3处与江心隔流堤尾端至下游约700 m内.     

四大家鱼产卵期水库滞冷效应对下游水温影响

基于三峡大坝上下游关键断面的水温、气象长序列观测资料,通过分析月平均值和5 a均值,阐明了三峡水库蓄水前后三峡-葛洲坝两坝区间以及葛洲坝下游江段在四大家鱼产卵期的水温变化规律,并通过概化蓄水前后上下游断面水温差值影响因素,量化了蓄水前后关键断面水温差值及滞冷效应.结果表明:三峡水库蓄水后,宜昌水文断面的水温在4和5月变化较大;而在四大家鱼产卵的5和6月,宜昌断面月平均水温分别降低1.40和0.49 ℃;由三峡水库蓄水引起的宜昌水文站3-6月水温下降幅度分别为1.26,1.71,0.79和0.08 ℃,存在滞冷效应,但此时段宜昌断面月平均水温仍处于四大家鱼产卵所需的最适水温范围.三峡水库蓄水对两坝区间及葛洲坝下游四大家鱼产卵江段的水温变化影响处于可控范围,为后续持续实施生态调度提供了可操作空间.     

河道型水库立面二维水温结构数值模拟

针对河道型水库运行后库区水温结构的改变,及其对库区和下泄水温过程造成的影响,在充分考虑入库流量及水温、气温、太阳辐射、水库调度等影响因素的基础上,建立了河道型水库立面二维水温数学模型,并对模型主要参数进行了率定.以典型的河道型水库——三峡水库为例,预测了水库在平水年和特枯年份下库区立面二维及下泄水流水温分布规律.结果表明:三峡水库水温在春、夏季纵向上差异显著,传统的垂向一维模型难以准确反映库区水温纵向分布特征;不同典型年春季在部分区域水温易出现弱分层现象,平水年垂向最大温差约为8.14 ℃,而特枯年份最大温差可达8.82 ℃,但持续时间短,难以形成稳定的分层结构;不同典型年春季温差较大的区域基本上出现在100.0 m以下水体,而春季三峡水库主要经由机组过流,电站取水口中心高程为130.0 m,可以认为在三峡水库对下泄水流水温不会产生明显的影响,研究结果可为三峡水库生态环境管理提供科学依据.     

基于结构-参数同步优化的河湖水位模型及应用

为解决河湖水位支持向量回归(SVR)模型输入变量选择问题,提出了基于进化算法的模型结构-参数同步优化方法.该方法可应对复杂河湖交汇水系输入变量搜索空间的高维特性,减小源自模型结构及参数不确定性的模型误差.将提出方法应用于洞庭湖城陵矶站和荆江陈二口站水位建模,结果显示:提出方法可准确反映不同影响因素对水位预测的作用大小,城陵矶水位预测最主要的外部变量为长江来水和湘江来水,陈二口水位预测则为枝城站和马家店水位;该方法可充分发掘SVR潜力,2个站点的水位模型均取得了理想精度(R² > 0.998);提出方法采用的n折交叉验证方式可有效避免模型过拟合问题.综上,提出的SVR模型结构-参数同步优化方法适用于河流湖泊,特别是复杂河湖交汇水系的水位建模.