水庫分層取水及其水溫變化試驗和數(shù)值模擬研究.pdf

1、河流修壩建庫不僅可以調(diào)控水資源，還可以獲得清潔能源，世界各地都在致力于水庫的建設(shè)，涌現(xiàn)出大量的高壩水庫。據(jù)不完全統(tǒng)計，全球約有5萬座大壩。我國是大型水庫建設(shè)的主要國家之一，多座水庫的壩高也位居世界前列，如，金沙江溪洛渡水庫最大水深達250m、二灘水庫壩前水深約190m、三峽水庫壩前水深約為150m。這些大型高壩水庫由于水深較大，流速較小，在特定季節(jié)容易形成垂向水溫分層。水體分層會嚴(yán)重削弱水體的垂向混合能力，對庫區(qū)和水庫下游的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生

2、顯著影響，因此對水庫水溫進行預(yù)測研究具有重要和理論意義和現(xiàn)實意義。
　　 雖然國內(nèi)外對大型水庫的水溫分層模擬進行了多年的研究，但由于問題的復(fù)雜性和實測資料不易獲得，目前數(shù)學(xué)模型主要限于用經(jīng)驗統(tǒng)計模型、垂向一維和立面二維數(shù)學(xué)模型，三維模型尚不多見。本文針對大型水庫的水溫分層現(xiàn)象，采用水槽試驗研究了不同條件下水庫水溫規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，引入2.5階的Mellor-Yamada紊流模型，建立大型水庫水溫分層的三維數(shù)學(xué)模型。通過水槽試驗和

3、數(shù)學(xué)模型相互驗證和對照，研究了影響大型水庫的分層取水主要因素，得到如下結(jié)論:
　　 (1)根據(jù)夏季壩前庫區(qū)水溫分層特性，建立水槽水溫分層流動的試驗系統(tǒng)。試驗水槽采用表層注入熱水模擬夏季高溫水進入水庫后的輸移過程，同時在下游設(shè)置表層和底層兩個泄水口模擬水庫不同取水方式。通過入流流量和下游泄洪孔口的調(diào)整模擬了流量和泄水口高程對庫區(qū)和下泄水溫的定量影響，為數(shù)學(xué)模型提供了基礎(chǔ)資料。
　　 (2)根據(jù)水槽試驗結(jié)果，采用考慮浮力效應(yīng)

4、的2.5階Mellor-Yamada紊流閉合模型，建立計算量小、精度高的大型水庫三維水溫數(shù)學(xué)模型，并對水槽試驗進行數(shù)值模擬，結(jié)果顯示計算值和實測值具有較好的一致性，有效說明了模型的有效性和可靠性。
　　 (3)數(shù)學(xué)模型和水槽試驗相互對照，分析了分析夏季水庫不同泄水口位置和流量對壩前水溫結(jié)構(gòu)和下泄水溫的影響，為大型水庫的生態(tài)調(diào)度提供了參考依據(jù)。在同樣的泄水口位置，流量越大越有助于降低庫區(qū)的水溫分層強度;同樣流量條件下，泄水口位置越