三峽工程壩身泄流下游水體溶解氧濃度數(shù)值模擬

引航道隔流堤是直接關(guān)系到１９９７年截流的關(guān)鍵工程。施工過程中利用施工準(zhǔn)備時間做好生產(chǎn)性試驗，通過生產(chǎn)性試驗所取得的技術(shù)參數(shù)對指導(dǎo)施工起到了重要作用。根據(jù)不同區(qū)域的施工條件合理優(yōu)化施工方案。將隔流堤清淤劃分５個區(qū)域，配備不同的清淤船只，采用不同的施工方案。

本文采用雙方程紊流模型對中孔窄縫消能工的出流進行了三維紊流數(shù)值模擬,給出了側(cè)墻壓力分布、流場、挑流水面線等水流特性。計算結(jié)果和模型試驗數(shù)據(jù)對比,兩者吻合較好,對不同底板挑角的方案進行的比較計算結(jié)果,發(fā)現(xiàn)底板挑角對水流特性有著明顯的影響。

泄水建筑物過流水體劇烈摻氣,水氣兩相間氣體質(zhì)量交換迅速而充分時,可以假定下游水體溶解氣體飽和度達到最大值。在此基礎(chǔ)上,考慮電站和泄水建筑物過流水體均勻混合后的溶解氣體超飽和特性,建立水利樞紐下游水體溶解氣體飽和度的預(yù)測方法。對哥倫比亞河流域4座水利樞紐和三峽工程溶解氧實測資料進行的驗證計算表明,該方法的計算結(jié)果均與實測資料相近,且應(yīng)用方便,可在實際工程中推廣。對三峽工程典型庫水位下大壩下游水體的溶解氧飽和度的預(yù)測計算表明,發(fā)生百年一遇以下洪水時,黃陵廟斷面的溶解氧飽和度不超過140%;發(fā)生百年一遇以上大洪水時,需要在防洪調(diào)度的同時進行生態(tài)調(diào)度,以減免超飽和對水生生物造成的影響。

以葛洲壩-三峽梯級水庫為研究對象,根據(jù)水庫的不同運行階段劃分研究時段,基于寸灘、宜昌、漢口、大通站1954~2008年的日流量和日含沙量資料,計算分析了梯級水庫運行對長江中下游輸沙量及水沙關(guān)系的影響。結(jié)果表明：4個水文站的年輸沙量、含沙量總體呈下降趨勢,梯級水庫運行對中下游輸沙量及水沙關(guān)系的影響與水庫庫容和距離水庫遠近有關(guān);水庫攔截造成的泥沙減少與年徑流量變化無關(guān),與徑流量的季節(jié)分配變化有關(guān),徑流量季節(jié)分配的變化和梯級水庫的蓄水?dāng)r沙都使大通站月輸沙量的年內(nèi)分配更加均勻。

為了解三峽水庫運行對大壩上下游水質(zhì)的影響,同時為三峽江段水質(zhì)保護提供參考,根據(jù)長江三峽水環(huán)境監(jiān)測中心在三峽庫區(qū)官渡口和壩下南津關(guān)兩個重要斷面1998～2012年間的水質(zhì)監(jiān)測資料,比對分析了水庫蓄水前后部分水質(zhì)指標(biāo)的年際和年內(nèi)變化特征,并探討其成因.結(jié)果表明,2003年三峽水庫135m蓄水成功后,水體中ss和重金屬等指標(biāo)濃度下降,tp等營養(yǎng)鹽指標(biāo)濃度呈不同程度減小do等氧平衡指標(biāo)濃度總體下降.由此可得:三峽水庫運行對庫區(qū)及壩下游水體水質(zhì)有積極影響;水庫運行后,水流變緩,泥沙沉降,使得水體含沙量明顯減少,污染物濃度也相應(yīng)降低,泥沙吸附沉降作用對減少大多數(shù)水體污染物的作用不可小覷;但庫區(qū)中吸附了大量水體污染物的泥沙,如果再懸浮,會對長江干流水質(zhì)產(chǎn)生不利影響,應(yīng)密切關(guān)注庫區(qū)水體泥沙含量的變化規(guī)律.

隨著三峽水庫蓄水運行,清水下泄導(dǎo)致壩下游河段受到不同程度的沖刷,使得江湖關(guān)系發(fā)生變化。對長江中游主要控制站三峽工程蓄水運用前后水文數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,結(jié)果表明:三峽工程蓄水運用后,清水下泄沖刷下游河道深槽部分,長江河段總體同流量下水位下降,其中以漢口以上河段水位下降明顯,且對低水影響明顯。三峽工程蓄水運用后,三口河道分流比繼續(xù)減少,斷流時枝城水位有升高趨勢,分流河道逐漸萎縮,荊江過流量增大。

三峽工程建成運用后,改變了水庫下游河道的水沙條件,壩下游河道水流輸沙能力處于不飽和狀態(tài),河道將發(fā)生沿程沖刷,并可能引起河勢的調(diào)整,進而可能對防洪產(chǎn)生一定影響。為此,采用數(shù)學(xué)模型計算與實測資料分析的手段進行了三峽工程建成后長江中下游江湖水沙變化及河道沖淤演變及其對防洪影響的初步研究。結(jié)果表明,三峽工程蓄水運用后,長江中下游河道發(fā)生大量沖刷,同流量水位降低。各河段沖刷量達到最大時,荊江河段河床平均沖深約2.0~5.3m,槽蓄量約增加13億m3,城陵磯至武漢河段河床平均沖深約2.5m,槽蓄量約增加8.5億m3;由于干流河床沖刷,荊江三口分流分沙減少,洞庭湖湖區(qū)淤積減緩,增加調(diào)蓄量約23.8億m3;水沙過程改變、河床沖刷及局部河勢調(diào)整對河道穩(wěn)定及堤防、護岸工程的安全會帶來一定影響,需采取相應(yīng)的對策措施。

針對三峽船閘中隔墩巖體開裂現(xiàn)象,以工程地質(zhì)調(diào)查為基礎(chǔ),建立了典型的裂隙概化模式。采用裂隙界面單元法進行裂隙張開變形機理分析,研究中隔墩巖體裂隙的張開變形特征及其與開挖卸荷分區(qū)的關(guān)系。研究表明,裂隙的張開變形、張開長度與裂隙產(chǎn)狀有直接關(guān)系。傾角較陡、長度較大、與邊墻距離較短、不易滑動的裂隙易張開,且張開變形量與前兩個因素成正比,與邊墻距離成反比;反之則不易張開。中隔墩巖體可能的最大裂隙張開區(qū)與彈塑性分析得到的塑性區(qū)、實測得到的卸荷損傷區(qū)在分布范圍與規(guī)律上基本相同;及時合理地施加預(yù)應(yīng)力錨索,既可減少中隔墩裂隙張開的可能性,又可明顯減小裂隙的張開變形與長度,因而有著重要的工程意義。

三峽工程在長江中下游防洪體系中具有重要地位和作用,對長江中下游河道和江湖關(guān)系將產(chǎn)生較大影響,因此,對三峽工程完成后防洪策略調(diào)整思路提出如下建議:在防洪總體方略上,應(yīng)由洪水防治向洪水管理過渡;在具體對策上,應(yīng)由工程措施為主調(diào)整到以工程措施與非工程措施并重,特別強調(diào)非工程措施的作用,使人與洪水能夠共處。

著重對三峽工程下游引航道口門內(nèi)異重流淤積的形成機理、計算方法進行了探討,綜合比較了各家公式的計算成果,并與實測資料進行了對比。研究表明:下游引航道口門內(nèi)為異重流淤積,應(yīng)用韓其為公式計算下游引航道口門內(nèi)含沙量沿程衰減過程和泥沙淤積量,計算值與實測值較為一致,可在下游引航道附近水文泥沙狀況已知的條件下,預(yù)估下游引航道內(nèi)的泥沙淤積量。

截斷巫山云雨,高峽出平湖。當(dāng)這一夢想最終因為三峽水利工程的興建而成為現(xiàn)實時,也就意味著一條橫貫中國東西腹地的天然河流,由于大壩的阻隔,河流固有的規(guī)律以及與此相關(guān)的生態(tài)環(huán)境被人為地改變,原有的生態(tài)系統(tǒng)平衡被打破。我們能夠修復(fù)或者再造一個新的平衡嗎?

以k-ε湍流模型封閉reynods方程,采用vof法追蹤自由水面,對緬甸dapein水電站表孔溢流壩的水流流動進行了三維數(shù)值模擬。結(jié)果表明,溢流壩的泄流能力、水面線、壓力分布與流速分布等數(shù)值模擬結(jié)果與模型試驗實測結(jié)果吻合,數(shù)值模擬結(jié)果可信,選擇的紊流模型合理,求解方法可靠,可為工程設(shè)計提供全面、合理的參考。

水電站沉沙池按常規(guī)大多布置在樞紐首部,由于受地形地質(zhì)條件限制,因此可將沉沙池同壩體相結(jié)合,以滿足空間布置要求,而在此條件下對沉沙池的沉沖沙效果提出了更高的要求.通過模型試驗發(fā)現(xiàn)了某水電站壩身式沉沙和沖沙系統(tǒng)設(shè)計中的水力學(xué)問題,提出了裁彎取直、加分流墩、增加整流池以及改變沖沙方式等措施,在此基礎(chǔ)上,對沉沙和沖沙兩種工況下沉沙池內(nèi)的水流流態(tài)、斷面流速分布等水力特性進行了模型試驗和數(shù)值計算研究.結(jié)果表明,沉沙池優(yōu)化后,沉沙和沖沙效果均能夠滿足設(shè)計要求;優(yōu)化后的沉沙池在沉沙工況時其內(nèi)水流流速較小、分布更加均勻,便于泥沙沉降,沖沙工況下水流能夠集中在沖沙底孔進入沉沙池,水流流速較大,可以順利將泥沙沖出沉沙池.

針對三峽水庫的建立,國內(nèi)外學(xué)者主要研究其局地氣候的變化,而對于局地天氣的影響研究則相對較少。利用中尺度數(shù)值模式wrf,通過改變下墊面水庫庫區(qū)的形狀、面積,模擬水庫區(qū)域3天的天氣演變情況,檢驗水庫對宜昌天氣的影響。結(jié)果表明:水庫建立后,宜昌地區(qū)氣溫在夜間明顯升高,白天明顯降低,其溫度主要受臨近城市區(qū)域湖泊面積大小的影響而非湖泊總面積大小。湖面風(fēng)不再是簡單白天向四周發(fā)散,晚上向湖面集中,而在湖面上空形成了一個小的環(huán)流系統(tǒng)。最后利用class模式驗證平流作用對相對濕度、邊界層高度的影響。結(jié)果表明:湖面周邊區(qū)域相對濕度的變化取決于濕度平流作用;溫度平流對邊界層高度的變化起主導(dǎo)作用,影響效果也最明顯;濕度平流對邊界層高度的變化影響較小,二者共同作用的影響效果最強。

分析2012年2月至2014年12月水口水庫雄江、樟湖、尤溪口、太平段水體溶解氧數(shù)據(jù),結(jié)果表明:水口水庫主要養(yǎng)殖水域水體溶解氧時間分布上最高值一般出現(xiàn)在每年的春季(3-5月)、夏季(6-8月),最低值出現(xiàn)在秋季(9-11月);夏季溶解氧波動較大,往往出現(xiàn)除秋季外的另一個低溶解氧時段。空間分布上水體溶解氧含量春、夏季庫灣內(nèi)高于灣外,冬季灣外高于灣內(nèi)。

通過建立三峽工程左岸廠房壩段壩基的地質(zhì)概化模型,采用物理模擬方法對其深層抗滑穩(wěn)定問題進行了系統(tǒng)研究,獲得了典型壩段的滑動破壞機理與穩(wěn)定安全系數(shù)。在此基礎(chǔ)上,對壩基加固處理措施進行了討論,從而為該壩段的深層抗滑穩(wěn)定安全評價與基礎(chǔ)加固處理設(shè)計提供了有重要參考價值的科研依據(jù)。

在三峽水庫蓄到高水位156m高程及運行過程中,對泄洪壩段的滲流進行了監(jiān)測,監(jiān)測結(jié)果表明,泄洪壩段的壩基(體)滲壓、壩基揚壓力和滲流量等測值較小,均在設(shè)計允許范圍內(nèi),其分布及變化符合一般規(guī)律。三峽工程泄洪壩段實測滲流性態(tài)正常,為三峽工程的施工及運行安全提供了科學(xué)依據(jù)。

當(dāng)1998年那場刻骨銘心的特大洪災(zāi)已過去整整18年之后,今年的洪澇災(zāi)害再次以南方多省份人民群眾生命財產(chǎn)嚴重受損的方式警示我們：我國抵御洪澇災(zāi)害的能力與經(jīng)濟社會發(fā)展程度、人民群眾的需求還有著較大差距。不能把社會公眾對洪災(zāi)的關(guān)注和反思導(dǎo)入歧途洪水是天災(zāi),但并非人類無法抗拒的天災(zāi)。

長江中下游干流河道整治事關(guān)中下游防洪安全及沿江地區(qū)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展大局,近年來在上游來沙減少和三峽工程的作用下,清水下泄導(dǎo)致中下游干流河道發(fā)生了長距離的沖刷,并引起局部河勢產(chǎn)生了較大的變化。根據(jù)三峽工程建成后長江中下游干流河道存在的主要問題,對中下游干流河道的治理對策措施進行了初步探討。

簡要介紹三峽工程通航建筑物下游引航道隔流堤外部變形觀測點的布設(shè),水平位移和垂直位移的觀測方法,并通過對觀測成果的分析,總結(jié)出隔流堤的外部變形規(guī)律。

含閘墩溢流壩三維過壩水流數(shù)值模擬——利用有限體積方法對含閘墩溢流壩過壩水流三維流場進行數(shù)值模擬，采用k-ε兩方程模型模擬湍流，利用流體體積（vof）法確定自由水面線，分別對兩種墩型過壩水流進行計算，給出了3種水頭下的水面線及壩面壓力，通過與實驗結(jié)果...

本文采用k-ε紊流數(shù)學(xué)模型,用vof方法來模擬跟蹤自由水面,求解三維數(shù)值方程,對不同體形情況下大壩表孔的泄水建筑物水流流動進行了數(shù)值計算,得出水流流動的參數(shù),并計算出了挑射水流形態(tài)。通過比較分析,優(yōu)化了泄水建筑物體形,為工程設(shè)計提供參考。