基于关键闸坝优选的区域水网水量调控

为实现区域水网水量的高效调控,从水量、水生态、水质和闸坝管理等4个方面构建包含10个指标的闸坝优选评价指标体系,以廊坊市凤河-永定河区域水网为研究对象,计算区域内32座闸坝的综合关键指数并给出影响程度排序,采用水动力数学模型验证关键闸坝选取的合理性。结果表明：优选出的永丰闸和东张务闸是区域水网的关键闸坝,通过调节这两座闸坝的开度即可满足区域水网的生态需水和防洪排涝调度目标,保持区域水网较优的水力连通能力,提高区域水网水量调控效率。     

水库水温分层对浮式取水口前流速分布的影响

由于目前缺乏对浮式取水口前流场变化规律的研究,以分析水库水温分层对取水口前各断面流速分布影响为目标,依据某水库水温资料,采用k-ε紊流模型对浮式取水口前流场进行三维数值模拟,针对水库水温均一和水温分层的两种情况,研究取水口前流速分布,分析水库水温分层对取水口前各断面流速分布的影响。研究结果表明,在浮式取水口附近,水温均一和水温分层的流速分布存在着差异,这种差距随着取水流量和淹没深度的增大而减小。研究成果可为浮式管型取水设施的应用和运行提供技术支持,为取水水温预测提供理论依据。     

基于涡动相关法的沉积物-水界面氧通量与水动力条件响应关系

沉积物-水界面是物质参与环境地球化学循环和生物耦合的"热区",水动力条件是沉积物-水界面物质交换的关键影响因素。溶解氧作为常用的水质评价指标,对调节生物化学进程有重要作用,因此本文采用涡动相关法这种非侵入式通量测量技术开展室内试验研究,探究沉积物-水界面氧通量与水动力条件的响应关系。结果表明:随着水体紊动增加(采用Batchelor尺度表征),扩散边界层厚度减小,氧通量增大。分析室内试验和相关研究中水动力条件、扩散边界层厚度及氧通量的关系,发现扩散边界层厚度与Batchelor尺度呈正相关关系,拟合结果表明可以用Batchelor尺度近似表示扩散边界层厚度;氧通量与扩散边界层厚度呈负相关关系,且当扩散边界层厚度小于0.5 mm时,扩散边界层厚度变化对氧通量影响更强烈,当厚度大于0.5 mm后,氧通量基本保持稳定。     

考虑水力连通性的水系连通评价指标体系构建与应用EI北大核心CSCD

在水系形态特征与水系结构连通性基础上,增加了包含水工建筑物数量、下游收水量和换水周期在内的水力连通性评价指标,构建了更加全面的水系连通评价指标体系。通过层次分析与熵权法相结合的综合评价法确定各指标权重,并利用该评价指标体系对廊坊市北运河-永定河区域水网3种水系连通方案进行了评价,得到最优水系连通方案。评价结果表明,构建的评价指标体系能够更加全面地表征水系连通情况,可用于河网水系连通评价。     

高盐度底泥水库工程布置及运行对供水安全的影响

为保障高盐度底泥水库供水氯离子质量浓度达标(小于250 mg/L),在水库闸门工程布置及水库正常运行期间对高盐度底泥这一氯离子释放源对水库水质的影响进行研究。以天津市北塘水库为例,针对水库闸门布置方案比选及水库在运行期间的水质咸化问题,考虑高盐度底泥氯离子释放,建立三维水动力水质模型进行数值模拟。结果表明:引水、供水闸门的空间布置直接影响供水水质,引水闸位于西南角同时开启3个供水闸的方案为较优方案,该方案下基本无死水区域,供水水质在供水8 d后达标;在水库静置期,底泥氯离子释放速率与底泥含盐量呈正相关,在最不利情况下,水库氯离子在底泥释放55 d后浓度超标。     

控制幕运行方式改善下泄水温及其成因研究

控制幕取水方式能够有效地减缓温度分层型水库下泄低温水对下游生态环境的不利影响,但目前缺乏控制幕运行方式下泄水温规律的试验研究以及对下泄水温成因的分析。本文基于某水库水温资料,首先通过试验探讨不同控制幕运行方式对下泄水温的改善效果,总结下泄水温规律。其次,利用三维数学模型进行精细模拟,分析控制幕表层和底层同时过流运行方式的流动规律,探讨下泄水温成因。结果表明:控制幕表层过流运行方式能够显著提高下泄水温;采用控制幕表层底层同时过流运行方式时,主流区位于控制幕顶部和底部,下泄水体主要由表层高温水与底层低温水掺混而成,下泄水温取决于所取表层高温水和底层低温水的掺混比例。研究成果对温度分层型水库控制幕取水的运行调度具有重要意义。     

进出水口双向流动结构流速分布与脉动规律研究

抽水蓄能电站水道系统侧式进出水口因内部分流隔墩等导致流动复杂,其内部双向流动规律尚不清晰。本文以某实际工程进出水口为基础建立典型进出水口试验装置,利用先进的流速量测仪器进行试验研究。基于粒子图像测速技术（PIV）量测结果,揭示了侧式进出水口内部双向流动规律,出流工况,中孔扩散段内形成明显的主流且位于孔口中部,扩散段及调整段顶部形成低流速区,边孔扩散段内主流不明显;进流工况,中孔及边孔调整段顶部存在低流速区,水流汇入扩散段后流速分布趋于均匀。基于声学多普勒测速技术（ADV）量测结果,揭示了拦污栅断面脉动流速规律,出流工况,其脉动流速很大,流速脉动值可达到时均值的1.8倍,有别于脉动值较小的一般规律;进流工况,其脉动流速较小,符合脉动值绕时均值上下波动的一般规律。研究成果将为优化进出水口体型参数和分析引起拦污栅振动破坏提供理论依据。     

输水隧洞坡角对侧式进/出水口水力特性影响研究

抽水蓄能电站侧式进/出水口具有双向过流的特点,进/出水口自身体型参数对其水力特性具有很大的影响,但连接的输水隧洞布置型式也同样会影响进/出水口水力特性,若输水隧洞布置不恰当,将可能导致进/出水口出现不利的水力特性。利用RSM紊流模型,以某侧式进/出水口为研究对象,在进/出水口体型不变的前提下,研究出流工况不同隧洞坡角对进/出水口内部流态、拦污栅断面流速不均匀系数、水头损失系数及流量分配等水力特性的影响。结果表明,当隧洞坡角等于扩散段垂向扩散角时,进/出水口内部流态较好,反向流速区的沿程范围、拦污栅断面流速不均匀系数及水头损失系数均最小。因此,当进/出水口扩散段垂向扩散角不大且各隧洞坡角均满足地形、地质条件的情况下,隧洞坡角等于扩散段垂向扩散角时,可获得较优的水力特性。     

基于GPU和数据同化的深水湖库水温与溶解氧中短期预报

深水水库通常存在季节性温度分层,由温度分层引起溶解氧等水质指标的分层还会诱发库区水环境水生态问题。当前在中短期时间尺度上对水库水温和溶解氧进行预报的研究相对较少,提高数学模型的模拟效率与精度对提升中短期预报效果至关重要。本文采用集合卡尔曼滤波算法作为同化方法,基于CE-QUAL-W2模型建立水库水动力水质数学模型,基于OpenACC的GPU并行方法提升模型计算效率,构建大黑汀水库水温与溶解氧的数据同化系统,在中短期时间尺度上开展水库水温与溶解氧高精度、高效率预报。预报结果符合水库水温与溶解氧的中短期变化规律,能够为大黑汀水库的供水与生态安全提供技术支撑。