大型深水庫(kù)的水溫預(yù)測(cè)研究

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1、四川大學(xué)博士學(xué)位論文大型深水庫(kù)的水溫預(yù)測(cè)研究姓名：鄧云申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)指導(dǎo)教師：趙文謙20031020摘要大型深水庫(kù)的水溫預(yù)測(cè)研究1水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)專業(yè)博士研究生鄧云指導(dǎo)教師趙文謙大型深水庫(kù)的水溫預(yù)測(cè)是水電工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)所需要的重要內(nèi)容之一，對(duì)于水資源開發(fā)利用的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。本文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，探討了水庫(kù)湍浮力流的運(yùn)動(dòng)機(jī)理，以及溫度分層的形成、發(fā)展和變化規(guī)律，建立了適用于大型深水庫(kù)水溫預(yù)測(cè)的立面二維水溫模型，并應(yīng)用于超大型水庫(kù)——金沙江溪洛渡和雅礱江梯級(jí)電站各水庫(kù)的水溫預(yù)測(cè)，取得了一系列創(chuàng)新性研究成果。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下：

2、1．以水庫(kù)重力下潛流的實(shí)驗(yàn)資料作為依據(jù)，對(duì)RSM模型、肛8模型和Spalart-Allmaras模型的耪度和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較研究。結(jié)果顯示，RSM模型能精確模擬水庫(kù)中湍浮力流運(yùn)動(dòng)規(guī)律和由于溫度分層引起的紊動(dòng)量的各向異性的特征，但其收斂性、穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性較差，適用于計(jì)算精度要求較商且流域邊界較為簡(jiǎn)單的流動(dòng)。虹8模型精度雖略遜于RSM模型，但計(jì)算的流速分布特征與實(shí)測(cè)情況基本一致，較以往其它模型在精度上有明顯的提高，對(duì)地形或流態(tài)較復(fù)雜的情況有良好的適應(yīng)性。Spalart-Allmaras模型不適用于水庫(kù)湍浮力流的模擬。2。采用Munk-Anderson修正的曼-￡模型模擬水庫(kù)重力下潛流

3、，發(fā)現(xiàn)該修正模型過(guò)高她估計(jì)了水庫(kù)的紊動(dòng)強(qiáng)度，使垂向動(dòng)量傳遞加大，流速誤差明顯增加。本文認(rèn)為該修正模型并不適用于水庫(kù)浮力流的模擬，建議在大型深水庫(kù)水溫模型中溫度普朗特?cái)?shù)采用常值0．85。本文受到自然基金重點(diǎn)項(xiàng)目。水資源保護(hù)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究”的瓷助．批準(zhǔn)號(hào)：5963240I四川大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文3．在標(biāo)準(zhǔn)七_(dá)s紊流模型的基礎(chǔ)上，建立了預(yù)測(cè)大型深水庫(kù)水溫分層的立面二維浮力流模型。該模型成功地得到了二灘水庫(kù)實(shí)測(cè)資料的驗(yàn)證，從多角度充分表明了該模型能夠精確模擬大型深水庫(kù)溫度分層的形成和發(fā)展，具有良好的工程實(shí)用性。模型中需要率定的參數(shù)口1和叮只對(duì)水面下20m以內(nèi)的水溫有一定的影響，而對(duì)于1

4、00米以上的深水庫(kù)的總體溫度結(jié)構(gòu)影響較小，對(duì)下泄水溫基本沒(méi)有影響。4．在二灘水庫(kù)水溫模擬研究的基礎(chǔ)上對(duì)入口邊界的設(shè)定作了初步的研究，認(rèn)為入口邊界不適宜選擇垂向溫度梯度較大的斷面。這是因?yàn)槿肟谒疁卮瓜蚍植蓟究刂屏藥?kù)區(qū)水溫的分層狀況，而且入口邊界的速度和溫度條件的不匹配會(huì)導(dǎo)致較大的誤差。5．將水庫(kù)立面二維水溫模型應(yīng)用于超大型水庫(kù)——溪洛渡的水溫預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，溪洛渡水庫(kù)在全年都處于分層狀態(tài)，2月垂向溫差最小，約2"C，6、7月分層最明顯，溫差最大達(dá)13"C。至lO、11月份出現(xiàn)秋季翻滾，垂向摻混加強(qiáng)，入流水溫下潛使庫(kù)底水溫達(dá)到最大值約16"(2。庫(kù)底水溫變化平緩。年變幅在4"

5、C以內(nèi)：庫(kù)表水溫年變幅約lO℃。又就豐水年、枯水年和低氣溫年的水溫分布作的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，水量和氣象條件對(duì)大型深水溫結(jié)構(gòu)影響有限，其水溫結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。6．研究溪洛渡電站通過(guò)水庫(kù)調(diào)度和改變出水口位置來(lái)滿足下泄水溫要求。在升溫期(1~4月)降低水庫(kù)運(yùn)行水位，能夠縮短出水口至表層溫水層的距離，下泄水溫能有較明顯的升高。升高出水口位置導(dǎo)致斜溫層上移，說(shuō)明出水口位置對(duì)水庫(kù)的水溫結(jié)構(gòu)，尤其是斜溫層的位置和斜率有明顯的影響，升高出水口使下泄水溫略有上升。7．嵌套采用了三種水溫模型——全庫(kù)區(qū)立面二維水溫模型、隧洞流體熱傳輸模型和縱向一維水溫模型，研究雅礱江梯級(jí)電站開發(fā)對(duì)水溫的影響。嵌套

6、模型較好地模擬了水流通過(guò)大型深水庫(kù)、長(zhǎng)引水隧洞和低壩徑流式電站的過(guò)程中的水溫變化，為梯級(jí)電站的環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供了重要的科學(xué)依據(jù)。8．提出了一種新的支庫(kù)水溫計(jì)算方法。首先在不考慮主庫(kù)對(duì)支庫(kù)水溫影響的情況下，將支庫(kù)出水口從匯口向下延長(zhǎng)，以虛擬大壩為下游邊界，采用立面二維溫度模型德到支庫(kù)全庫(kù)區(qū)水溫分布。在此基礎(chǔ)上，考慮支庫(kù)對(duì)主庫(kù)水溫的影響，采用等溫層匯入的簡(jiǎn)化方法，即認(rèn)為浮力對(duì)支流匯入有著控制性的影響，II支流匯入主庫(kù)時(shí)總是趨向于進(jìn)入溫度相同的水體。9．分析比較T--灘電站在單獨(dú)運(yùn)行和五級(jí)聯(lián)合運(yùn)行的計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)梯級(jí)聯(lián)合運(yùn)行使水庫(kù)溫度分層減弱，但下泄水溫過(guò)程的延遲和均化作用進(jìn)一步加強(qiáng)

7、。關(guān)鍵詞：大型深水庫(kù)水溫湍浮力流立面二維k-￡模型數(shù)值模擬111四川大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文StudyontheWaterTemperaturePredictionModelfortheHugeandDeepReservoirMajor：HydraulicsandRiverDynamicsPh．DCandidate：DengYunSupervisor：ZhaoWenqianAbstractThewatertemperaturepredictionforthehugeanddeepreservoi