溫度分層型水庫下泄低溫水問題嚴峻,已有解決措施諸如疊梁門、多層取水口等需在水庫投入運行前建成。隔水幕布作為一種新型治理方案具有運行調控方便、不影響發(fā)電效益等優(yōu)點,但關于該工程形式的研究尚處于數(shù)值模擬階段,改善效果評估缺乏實測數(shù)據(jù)。針對此本文建立了水庫概化模型開展模型試驗,試驗結果證實了隔水幕布工程形式的有效性;同時采用物理模型試驗與數(shù)值模擬結合的手段,對隔水幕布設置后的下泄水溫規(guī)律進行了分析,主要研究內容和成果如下:(1)建立了水庫概化模型,采用分層加熱水體的方式模擬庫區(qū)典型水溫分布。分析了隔水幕布的設置以及改變幕布過流水深、下泄流量、水溫分布等條件對下泄水溫的影響:隔水幕布的設置對下泄水溫改善效果顯著,在本文擬定的單溫躍層型水溫分布(S1水溫分布)條件下,幕布設置后下泄水溫可升高6.1~8.4℃;在擬定的雙溫躍層型水溫分布(S2水溫分布)條件下,幕布設置后下泄水溫可提高2.0~3.5℃;下泄水溫隨幕布頂端過流水深的減小而升高,S1水溫分布下改變過流水深,下泄水溫差值達1.4℃;下泄水溫隨下泄流量的增加而升高,取水口高程的變化對下泄水溫影響較小,不超過0.3℃。(2)建立了概化水庫的三維水動力水溫數(shù)值模型,利用物理模型試驗數(shù)據(jù)驗證了該數(shù)值模型的有效性。分析不同因素的變化對模型水域溫度場、流場以及下泄水溫的影響:隔水幕布頂端及其附近區(qū)域為下泄主流區(qū),幕布過流水深的變化導致下泄主流帶位置發(fā)生變化,從而影響下泄水溫;下泄流量的增加,使幕布上游高速流動區(qū)厚度增加,進水口對上層高溫水體牽引作用增強,下泄水溫升高;下泄水溫主要與最大貢獻層水溫、下泄主流帶上下邊界層水溫以及下泄流量等因素有關,基于此提出了隔水幕布設置后的下泄水溫預測公式,并利用數(shù)值計算結果驗證了該公式的準確性。(3)開展了三板溪庫區(qū)地形模型試驗,模擬庫區(qū)5月中旬、8月中旬水溫分布得到:5月中旬工況設置下,隔水幕布的設置可使下泄水溫最大提高3.1℃,8月中旬工況設置下,隔水幕布設置后可使下泄水溫值最大升高5.2℃;將不同隔水幕布過流水深、下泄流量、水溫分布等工況下的模型試驗數(shù)據(jù)與下泄水溫預測公式計算值進行對比,兩者最大誤差為0.35℃,證明了預測公式在實際工程中的適用性,為隔水幕布形式在實際工程中的應用提供了可靠依據(jù)。
【學位單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TV135.2
【部分圖文】：

造成下泄低溫水中溶解氧含量低，二氧化碳濃度較高，如圖1-1 中所示，下泄低溫水中含有高濃度磷、硅、二價鈣、碳酸鹽等離子成分，引起下游水質的嚴重惡化；水生生物方面，我國大多數(shù)魚類生存的適宜水溫為15~30℃，水溫低于最低水溫會導致魚類的新陳代謝減緩，食欲減退等不良反應。很多魚類在產卵和孵化期對水溫也有嚴格的要求。水庫下泄低溫水改變了下游河段水生生物的生存環(huán)境，導致某些流域的魚類數(shù)量銳減甚至種群瀕臨滅絕。圖 1-1 庫區(qū)水質分層圖為改善下泄水溫低、緩解下泄低溫水帶來的各種不利影響，國內外學者提出了多種工程措施，比較典型的有分層取水建筑物、人工破壞水溫分層、水利生態(tài)調控[12]等，其中分層取水措施應用最為廣泛。分層取水是指通過在不同高程處設置取水口，以抽取特定取水層內的水體。實際工程中應用較多的分層取水措施主要可歸納為多層取水建筑物、管型取水裝置、堰流（溢流式）取水建筑物以及

國田納西州的 Cherokee 水庫[52]設置溫度控制幕布以保持庫底冷水環(huán)境，與裝置結合為鱸魚提供夏季避難所，如圖 1-2 所示；Marcela[53]針對 McNary D庫進水口設置幕布后的下泄水溫和壩前的水溫分布情況進了三維模擬hammaa[54]等利用密度分層原理，由于高濃度鹽水的密度與普通水的密度不同密度分層，用這種方式模擬庫區(qū)的水溫分層現(xiàn)象，探究了隔水幕布對水溫的界面變化及取水口流場的變化。上述控制幕均設置于小型水庫，壩前水深較淺，練繼建等[16]首次提出了針水水庫下泄低溫水治理的隔水幕布方案，并根據(jù)幕布固定方式的不同分為浮掛式以及浮掛結合式等[56-57]，如圖 1-3、1-4、1-5 所示；杜慧超[58]應用 Flow維數(shù)值模擬軟件，為了提高三板溪的庫區(qū)下泄水溫，采用壩前 1.53km 設置幕布，對隔水幕布改善下泄低溫水效果進行了數(shù)值模擬研究，并分析了隔水纜繩受力；盛傳明等[59]應用 FLUENT 軟件對隔水幕布設置后流場、溫度場布受力進行了數(shù)值模擬，并對針對幕布纜繩受力開展了模型試驗；薛文豪等用立面二維數(shù)學模型分析了遮擋高度、淹沒深度及距壩軸線距離等因素對下溫的影響，并考慮了隔水幕布方案對庫區(qū)水溫的影響。

控制幕避難灣[52]
【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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10 李妍;高學平;徐茂杰;董紹堯;張宗亮;劉興寧;;水電站進水口水力特性數(shù)值模擬研究[J];水利水電技術;2010年01期

本文編號：2842267