Heat transfer at ice-water interface under conditions of low flow velocities

The heat transfer at the ice-water interface is closely related to the hydrodynamic and physical properties of the water body.It affects the ice cover thickness and the water temperature underlying the ice cover.This paper studies the heat transfer from the water to the ice cover.Based on the flume data,a linear relationship between the ice-water heat transfer coefficient and the flow velocity beneath the ice cover is established and the calculated dimensionless ice-water heat transfer coefficient is 1.1×10-3.This empirical relationship can be applied to estimate the ice-water heat transfer of reservoirs,lakes and other freshwater bodies when the flow velocity under the ice cover is in the range of 0.024 m/s-0.110 m/s.     

Modeling of thermodynamics of ice and water in seasonal ice-covered reservoir

A width-averaged 2-D numerical model for simulating vertical distributions of flow and water temperature in reservoirs with an ice cover is developed. In this model, the 2-D flow and water temperature distributions are solved by the finite volume method with the k-? turbulent model. The heat conduction in the ice cover is modeled by the vertical heat transfer and the heat exchanges through the air-ice and ice-water interfaces. The model is applied to a 153 km long reservoir in Songhua River and the simulated results are in a good agreement with the field data of both the vertical water temperature and the ice thickness. The simulated results show that the ice cover thickness in the reservoir is not uniform, the maximum thickness appears in the middle reach, the outflow temperature has an obvious variation as compared with the natural temperature, and a buoyant flow occurs in the reservoir surface at the freeze-up and break-up periods. The model can effectively simulate the water temperature and the ice conditions of large reservoirs in cold regions.     

热带地区水库水温分层特性研究

为探讨热带地区水库水温分层特征,采用垂向一维水温数学模型对海南省南渡江干流某拟建大型水库开展了水库垂向热分层结构和下泄水温过程研究,并探讨了叠梁门分层取水措施对低温水的改善效果。研究结果表明:①受水库湖泊特性和气候特征影响,海南热带地区水库水温总体也呈现随季节变化的分层结构,在冬季水温趋于同温,夏季水温分层逐渐加强且显著,年内垂向最大温差可达11.8℃,由于海南主汛期为9～10月,汛后水库蓄热能力明显减弱。②水库下泄水温呈现低温水明显、高温水较弱的规律,最大降幅9.7℃,最大升幅仅为1.0℃。③叠梁门分层取水措施的运用,加强了水库垂向分层状态,对低温水的改善效果显著,最大低温水影响降低为2.3℃。     

垂向一维水温模型在东江水库中的应用研究

针对现有垂向一维水温模型研究中缺少对模型关键参数和边界条件敏感性的系统分析,以东江水库为例,开展了垂向一维模型在湖泊型水库水温模拟中的适用性研究。研究结果表明:东江水库库区斜温层变化主要受气象条件控制,年内下泄水温过程稳定,模型能够较好模拟出垂向水温结构演变及下泄水温过程特征,与实测结果吻合良好;表层水温计算对水气热通量参数较为敏感,垂向扩散系数是影响垂向水温结构模拟的关键参数;同时,不同精度系列的气象过程不改变水库的整体热量收支,对水温结构基本无影响。     

鱼类产卵场水力生境指标体系初步研究

鱼类产卵场是鱼类栖息地中重要且敏感的场所,其独特的水力特性对鱼类繁殖过程具有重要的生态学意义。构建鱼类产卵场水力生境指标体系是准确、全面描述鱼类产卵场水力特性的基础。本文从流体力学的角度出发,将鱼类产卵场水力特性分为几何形态特征、水体运动学特征及水体动力学特征三个层面;结合各指标对鱼类产卵的生态学意义,提出包括水深、流速、流速梯度、涡量及动能梯度的指标层。以长江上游特有鱼类齐口裂腹鱼产卵场为例,进一步验证了各水力学指标的代表性,结果表明,齐口裂腹鱼产卵河段各水力学指标分布规律与非产卵河段有显著差异。在此基础上,构建了鱼类产卵场水力生境指标体系。     

基于卫星遥感图像的丰满水库冰情演变规律研究

基于ENVI 5.1软件平台,采用Landsat-7和Landsat-8卫星遥感图像,对吉林市丰满水库的卫星遥感图像进行冰情解译和库表温度反演,探究丰满水库的整体冰情演变规律及其与库区水体热力演变的关系。结果表明:在整个冰期,丰满水库入流条件稳定,库区冰情受水体热力学影响显著;在结冰期,库区表层水温呈库中低、坝前和库尾高的分布规律,结冰过程从库区中部开始,逐渐向坝前和库尾发展,坝前最后封冻;在稳封期,库区冰盖下水温呈垂向逆温分布,冰盖厚度沿程分布不均匀,库尾存在10~30 km的明流段;在开河期,库区表层水温自库尾至坝前呈沿程降温分布,水库以文开河的形式自库尾向坝前逐渐开河。     

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。     

分层型水库水温水质耦合模型研究及其应用

水库水温分层不仅对水库水质的降解过程产生影响,更重要的是通过对水库流场的作用进一步影响库区水质分布,并对下泄水质产生影响,因此对分层型水库的水质模拟必须考虑水温分层影响.建立了宽度平均的立面二维水温水质耦合模型,采用建立的数学模型对某拟建水库水温水质进行了模拟.结果表明,分层型水库库区水质受温度场、流场影响明显,存在垂向分层、纵向差异等现象.研究成果可为水库水环境影响评价及保护提供参考.     

水塘静水冰生消原型研究与数值模拟

为研究静水冰生长消融规律,2014年11月中旬至2015年3月中旬在内蒙古托克托县南湖水塘进行不同时段、不同水深静水冰生消的原型试验,通过试验观测得到冰盖厚度、水温和冰温随时间及气温变化过程。根据对水塘静水水体结冰和融化物理过程的分析,建立水温及冰盖生长、消融相互作用的耦合模型。结果表明:气温是静水冰盖生消的主要影响因素;在冰盖演变过程中,水深对其影响较小,仅对结冰后期冰厚及冰盖完全消融时间有所影响;表层水温受气温影响明显,深层水温受影响较小;冰面温度与气温变化同步。基于已有的数学模型,加入野外观测边界条件及气-冰-水三态热交换公式,模拟水温及冰盖生长和消融过程,发现冰厚和水温的计算值与实测值基本吻合,差值在波动允许范围内,此结果深化了对静态水域冰盖生效机理的认识。     

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。