大伙房水庫流場與 水溫分布的數(shù)值模擬分析

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1、萬方數(shù)據(jù)大連理工大學碩士學位論文基于守恒形式的二維數(shù)學模型,采用迎風格式的有限元方法研究了各種風況作用下太湖水體的運動特征??紤]到許多環(huán)境要素都存在著較大的垂直梯度,張利民等【l劌建立了一個三維數(shù)學模型,該數(shù)學模型主要適用于深水湖泊,并較好的體現(xiàn)了琵琶湖中環(huán)流結構形成的動力學機理。由于三維數(shù)值模型的計算程序設計比較困難,大大限制了其實用性,垂直方向的壓縮被應用到水庫水動力學的研究之中,朱耀華[20J首先將該方法應用于海洋環(huán)流的研究中并取得了令人滿意的結果。黃平等【21J建立了三維隱式差分數(shù)學模型,并將其應用于湖泊三維風生流的研究當中,在墨水湖風生流的

2、數(shù)值模擬取得了較好的效果。胡維平以及朱永春,蔡啟明等【2M3】均對太湖區(qū)域的水動力進行了三維數(shù)值模擬。楊具瑞【24】基于分層迭代的方法模擬了滇池的流場結構和特征。劉曉東【25J建立了水動力及物質(zhì)輸運的二維數(shù)學模型,對計算區(qū)域邊界處以及水動力條件較為復雜的局部區(qū)域進行加密,可以較好的模擬實際模型邊界上以及局部重要區(qū)域的流場和濃度場的變化。胡維平【26】建立了保守物質(zhì)輸運的三維模型,并將其應用于太湖的數(shù)值模擬中。龔春生等【27J基于有限元方法建立了一個二維數(shù)學模型,并利用該模型探究了玄武湖受不同風場作用產(chǎn)生的各種流態(tài),結果表明該湖泊在當?shù)仫L場的作用下會產(chǎn)

3、生三種不同的流態(tài)。董延超等[28J采用RNG方程對大伙房水庫主溢洪道進行了數(shù)值計算,總結和分析了水庫內(nèi)流場的特征,數(shù)值模擬與物理實驗結果吻合良好。管儀慶【29J基于非結構網(wǎng)格建立了相應的數(shù)學模型,采用有限體積法進行計算,研究和分析了閑林水庫的水動力特性。李增【30J建立了二維水動力模型,研究了大伙房水庫的水動力特性和生態(tài)水質(zhì)的各種因素。潘曉東【31】基于Delft.3D軟件系統(tǒng)建立了桃山水庫的三維數(shù)值模型,利用該模型計算了水庫的流場以及各種水質(zhì)要素的變化,通過對結果的分析簡單的預測了水庫中可能出現(xiàn)的水環(huán)境問題。陳棟132j基于MIKEl1軟件建立了三

4、峽水庫一維水動力和水質(zhì)模型,并利用該模型對庫區(qū)及各條支流進行了數(shù)值模擬,研究了水庫調(diào)度的改變對水庫水動力的具體影響并取得較好的結果。王冠【33J在考慮氣象條件和熱力學條件的基礎上建立了一個二維水動力數(shù)學模型,對擬建水庫在夏季典型氣候條件下流場及溫度分布情況進行了研究。紀道斌等【34】基于實測數(shù)據(jù)分析了香溪河庫灣的水動力特性,并對水動力特性產(chǎn)生的原因進行了研究和總結。陳青毅等【35J建立了三維水動力和物質(zhì)輸運數(shù)學模型,研究了河口水庫的水動力特征和水體內(nèi)的溶解物質(zhì)交換。Shen和Wang等【36J基于FVCOM三維水動力模型計算研究了大伙房水庫的水動力要

5、素和水體平均滯留時間,為水庫的水質(zhì)管理提供了理論支持。廖振華【37J應用Delft.3D軟件研究了青草沙水庫的流動規(guī)律,并分析了水庫在正常運營條件下水體內(nèi)物質(zhì)的輸運過程。萬方數(shù)據(jù)大伙房水庫流場及水溫分布的數(shù)值模擬研究1.2.2水庫水溫模型研究進展60年代初,隨著湖泊、水庫的水環(huán)境問題的逐漸加劇,美國的相關機構對水庫水溫和水環(huán)境問題開展了較為廣泛的勘察和研究工作。60年代末,Orlob等和Huber等人分別提出了WRE模型【38】和MIT模型【39】,這兩個模型都基于水庫入庫和出庫流量以及氣象條件和水體表層熱通量的作用研究了湖泊、水庫水溫的垂向變化。7

6、0年代末,一些學者提出了水庫水溫的垂向上混合分層數(shù)學模型。該模型基于能量角度進行水溫計算,計算過程中主要考慮了水庫庫區(qū)表層風場傳遞給水體的能量和庫區(qū)內(nèi)部水體自身的勢能,通過這兩種能量的轉(zhuǎn)化來分析溫度的變化規(guī)律。首先對該模型加以應用的是Stefan和Ford,他們模擬和研究了三個溫帶湖泊在風力作用下的水溫分布和垂向分層情況,取得了不錯的結果【401。在此之后,Stefan和Ford[41】又將其他因素加入上述模型進行改進,使得改進后模型在計算水溫時可以考慮水體不同層之間的混合和離岸距離的遠近等。Imberger等【42】提出了一個水庫水溫和鹽度的數(shù)學模

7、型,該模型主要適用于中小型水庫的溫鹽計算。我國對于水庫水溫的調(diào)查和研究工作起步于80年代。1981年,水電院研究所為了滿足水庫水溫研究的需要引進了MIT模型,并對該模型進行了一定程度的修改,經(jīng)過多次驗證之后,建立了水庫水溫的垂向一維模型14引。蔣紅L44j在該模型的基礎上,提出了一維對流模型并將其應用于溪洛渡水溫的模擬中,其所建立的模型同時考慮了風力混合、熱對流以及水面冷卻等各種因素。李懷恩和沈晉等H5J建立了一維垂向水溫數(shù)學模型,利用馮家山水庫的水溫觀測資料與模型計算結果進行了對比驗證,在驗證結果較好的基礎上,利用該模型對黑河水庫的水溫垂向分布規(guī)律

8、進行了模擬和預測,提出了具有參考價值的結論和建議。殷學鵬【46】提出了一個水庫垂向水溫計算的經(jīng)驗公式,指出水

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