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河道复杂采砂坑附近流场的数值模拟

水科学进展 2004年第1期15卷 6-11页

作者：毛劲乔清华大学水利水电工程系北京100084

数值模拟研究紊流问题的关键是充分考虑雷诺应力的差异,应用各向异性三维代数应力紊流数学模型(ASM)模拟研究了天然河道的次生流问题。以方形管道为算例与试验的比较表明,所应用的ASM模型精度较高;将ASM与非结构网格有机结合模拟分析河... 详细信息

数值模拟研究紊流问题的关键是充分考虑雷诺应力的差异,应用各向异性三维代数应力紊流数学模型(ASM)模拟研究了天然河道的次生流问题。以方形管道为算例与试验的比较表明,所应用的ASM模型精度较高;将ASM与非结构网格有机结合模拟分析河道复杂采砂坑,计算成果与前人结果类比,令人满意。ASM模型为研究河床稳定与变形提供了有力工具。分析表明,采砂坑使原稳定的水流形态发生变化,沿主流方向形成纵向涡旋导致采砂坑上游缘口冲刷,坑内的横向次生流则造成横向侵蚀;紊动特性研究表明采砂坑严重影响河床稳定。

关键词：采砂坑次生流非结构网格数值模拟河道

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大型水利水电工程水沙生态环境调控研究进展

水利水电技术（中英文） 2023年第5期54卷 118-125页

作者：戴会超毛劲乔蒋定国中国长江三峡集团有限公司湖北武汉430010 河海大学水利水电学院江苏南京210098

【目的】我国已建成三峡、溪洛渡、向家坝等大型水利水电工程,具有防洪、发电、航运、水资源配置等巨大综合效益,但同时也会使上下游水沙情势发生改变,造成水库富营养化及水华、通江湖泊与河口生态环境变化、鱼类洄游通道阻隔及鱼类生... 详细信息

【目的】我国已建成三峡、溪洛渡、向家坝等大型水利水电工程,具有防洪、发电、航运、水资源配置等巨大综合效益,但同时也会使上下游水沙情势发生改变,造成水库富营养化及水华、通江湖泊与河口生态环境变化、鱼类洄游通道阻隔及鱼类生境胁迫等问题。为了明晰大型水利水电工程水沙生态环境调控的研究进展与发展趋势,【方法】系统阐述了水利水电工程影响下河流上下游典型水沙、水环境与水生态等问题的内在机理,重点分析了水利水电工程水沙生态环境调控的主要理论与关键技术。【结果】结果表明,水利水电工程水沙生态环境调控是保障流域水生态环境安全的重大需求,但以往较缺乏系统性的理论方法与核心技术支撑。【结论】需要通过多学科交叉和多技术手段,研究关键科学问题,突破卡脖子技术,为水利水电工程影响下的流域生态环境安全提供保障。

关键词：水利水电工程生态环境水沙鱼类调控

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鄱阳湖出湖流量时序变化特征与驱动因子分析

水力发电学报 2023年第1期42卷 104-113页

作者：毛劲乔彭吉荣蔡海滨张培培河海大学水利水电学院南京210098

长江中游与鄱阳湖及五河构成复杂的“江-湖”系统,研究阐明鄱阳湖出湖流量的时序变化特征与驱动因子,是调控改善江湖关系的关键所在。本文在初步选取12个潜在的出湖流量驱动因子基础上,有机结合相关系数判别和主成分分析方法,揭示了不... 详细信息

长江中游与鄱阳湖及五河构成复杂的“江-湖”系统,研究阐明鄱阳湖出湖流量的时序变化特征与驱动因子,是调控改善江湖关系的关键所在。本文在初步选取12个潜在的出湖流量驱动因子基础上,有机结合相关系数判别和主成分分析方法,揭示了不同潜在驱动因子间的多重共线性;进而通过构建出湖流量数学模型,量化了不同潜在驱动因子对出湖流量的相对重要性排序及其影响程度。研究结果表明:(1)赣江、抚河、饶河、修水的入湖流量,湖区星子站水位,三峡出库流量等6个驱动因子间不存在多重共线性,可完整表征五河来流、湖区水位、长江干流的多重驱动作用;(2)运用基于随机森林回归方法的出湖流量数学模型,揭示了湖区水位、长江干流来流、赣江入湖流量是最为重要的驱动因子,并且其对出湖流量的影响呈现复杂的非线性特征。研究表明:影响出湖流量的众多驱动因子之间关系复杂但影响程度有所差异。这为科学调控典型通江湖泊江湖关系提供了重要参考依据。

关键词：鄱阳湖出湖流量驱动因子多重共线性随机森林回归

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圆柱形植物斑块水动力特性的大涡模拟研究

水动力学研究与进展（A辑） 2022年第1期37卷 108-114页

作者：李晗玫毛劲乔龚轶青赵汗青戴杰河海大学水利水电学院南京210098 中国长江三峡集团有限公司北京100038

为阐明天然河道典型植物群落的水动力特性,该文使用基于浸没边界法的大涡模拟技术,构建了以半透性圆柱斑块为植物群落的水动力数学模型,开展了不同的植株密度下三维水流数值模拟研究,并根据水槽实验数据对该数值模型的可靠性进行了验证... 详细信息

为阐明天然河道典型植物群落的水动力特性,该文使用基于浸没边界法的大涡模拟技术,构建了以半透性圆柱斑块为植物群落的水动力数学模型,开展了不同的植株密度下三维水流数值模拟研究,并根据水槽实验数据对该数值模型的可靠性进行了验证。研究结果表明:流经半透性植物斑块的水流可分为两侧绕流及贯穿流动,且斑块的阻流效应与其植株密度呈现正相关。植物斑块密度的差异直接影响时均流场与紊动流场的特征,显著改变了下游流速分布规律:高密度植物斑块的贯穿流动较弱,斑块周围能够形成较为清晰完整的马蹄涡及分离涡结构,同时在尾流区一定区域内(4

关键词：圆柱形斑块大涡模拟植株密度流速分布涡旋结构

水温变化影响下金沙江下游典型鱼类繁殖期研究

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河海大学学报（自然科学版） 2023年第2期51卷 50-55页

作者：王康肖洋毛劲乔龚轶青张培培王刚河海大学水利水电学院江苏南京210098

为分析金沙江向家坝建成前后坝下江段水温变化对典型鱼类繁殖期的影响,基于实测数据分析研究了金沙江下游年际水温变化趋势与近年水温变幅,进而将14种典型鱼类历史产卵期适宜水温范围投影至现阶段水温历时变化曲线,得出各典型鱼类的繁... 详细信息

为分析金沙江向家坝建成前后坝下江段水温变化对典型鱼类繁殖期的影响,基于实测数据分析研究了金沙江下游年际水温变化趋势与近年水温变幅,进而将14种典型鱼类历史产卵期适宜水温范围投影至现阶段水温历时变化曲线,得出各典型鱼类的繁殖期变化情况,并通过提出时间重叠度指标定量评价了水温变化对鱼类的影响。结果表明,建坝前金沙江下游水体升温期为2—6月,水温年内变化范围为11.8~23.2℃;建坝后则推迟至4—7月,水温年内变化范围为14.0~23.1℃,水温变幅趋于减小;在建坝后的水温条件下,金沙江下游典型鱼类主要繁殖时段可能由3月上旬—7月下旬后移至3月下旬—8月上旬。

关键词：水温鱼类繁殖期时间重叠度金沙江下游

基于LES的连续分布植物斑块水动力特性研究

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工程科学与技术 2023年

作者：高欢龚轶青毛劲乔陈彦宏戴杰王康孟定华杨吉伦敦大学学院土木环境与测绘工程学院河海大学水利水电学院

河湖中存在大量连续分布的植物斑块，水位发生变化时斑块与河岸之间距离随之改变，进而影响流场结构。为明确水位变化过程中连续分布植物斑块周围的水动力特性，本文利用Hydro 3D开源代码，采用基于浸没边界法的LES技术，构建了连续分... 详细信息

河湖中存在大量连续分布的植物斑块，水位发生变化时斑块与河岸之间距离随之改变，进而影响流场结构。为明确水位变化过程中连续分布植物斑块周围的水动力特性，本文利用Hydro 3D开源代码，采用基于浸没边界法的LES技术，构建了连续分布的圆形刚性挺水植物斑块的数学模型，通过实验数据验证了数学模型的准确性，并以此为基础开展三维水动力特性研究。结果表明：连续分布的植物斑块之间存在“遮蔽效应”，斑块后方出现“低速区”，水流向两侧偏转产生横向出流，斑块内单个植株没有表现出明显的群体效应；剪切作用使高湍动能区域位于斑块两侧，下游斑块的存在破坏了上游斑块后方的尾涡结构；当植物斑块内固体体积分数Φ=0.17时，斑块下游水流呈现出漩涡状结构，有利于在斑块下游富集营养物质；植物斑块与边壁之间的距离(△S)显著影响了斑块周围的流场结构，随着△S的减少，岸边流速降低，减弱了水流对河岸的冲刷作用，同时，连续分布的植物斑块周围和内部涡结构的强度和完整性逐渐减小；Φ由0.17降低为0.05时，上游斑块遮蔽效应减弱，在斑块后方产生了长度约1D的涡旋“空白区”，在斑块尺度上无法形成稳定的涡结构，仅在植株尺度上存在少量涡。研究成果为明确河湖水位变化过程中植物斑块周围水动力特性提供了参考。

关键词：植物斑块大涡模拟水力特性湍动能涡旋结构

三峡水库枯水期补水调度对洞庭湖越冬白鹤(Grus leucogeranus)摄食栖息地的影响

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湖泊科学 2022年第4期34卷 1208-1218页

作者：戴凌全王煜汤正阳戴会超任玉峰常曼琪吴倩毛劲乔中国长江三峡集团有限公司智慧长江与水电科学湖北省重点实验室宜昌443133 中国长江三峡集团有限公司长江生态环境工程研究中心北京100038 三峡大学三峡水库生态系统湖北省野外科学观测研究站宜昌443002 河海大学水利水电学院南京210098

摄食栖息地面积是反映越冬水鸟生存空间的直接指标,三峡水库运行后洞庭湖枯水期水文节律出现新的变化,给越冬水鸟摄食栖息地造成的影响尚不明确.为定量描述三峡水库枯水期不同出库流量对洞庭湖越冬水鸟摄食栖息地的影响,以洞庭湖典型的... 详细信息

摄食栖息地面积是反映越冬水鸟生存空间的直接指标,三峡水库运行后洞庭湖枯水期水文节律出现新的变化,给越冬水鸟摄食栖息地造成的影响尚不明确.为定量描述三峡水库枯水期不同出库流量对洞庭湖越冬水鸟摄食栖息地的影响,以洞庭湖典型的珍稀越冬水鸟——白鹤(Grus leucogeranus)为指示性候鸟,以白鹤摄食对栖息地水深需求作为关键生态因子,建立白鹤摄食对水深需求的栖息地适宜度模型.构建涵盖长江干流、三口河系、洞庭湖及其四水尾闾河段的江湖一体化耦合水动力模型,实现栖息地水动力分布特征的精确模拟.在此基础上耦合栖息地适宜度模型和水动力模型,建立了面向白鹤摄食对三峡水库出库流量需求的物理栖息地模型,量化不同出库流量对应的白鹤摄食栖息地加权可利用面积,定量分析水库运行对白鹤摄食栖息地面积的影响.结果表明:1月中旬三峡水库不同出库流量下洞庭湖白鹤潜在摄食栖息地面积保持稳定并随出库流量的增加呈增大趋势,维持在101.40~121.84 km^(2)之间,其中东洞庭湖摄食栖息地面积在7.49~9.86 km^(2)之间,南洞庭湖(含横岭湖)摄食栖息地面积在47.37~60.34 km^(2)之间,西洞庭湖摄食栖息地面积在46.54~51.64 km^(2)之间.不同湖区摄食栖息地面积随着三峡水库出库流量的增加均呈增大的趋势,说明三峡水库枯水期补水调度对于维持栖息地面积具有重要作用.较三峡水库运行前相比,白鹤摄食栖息地面积最大增加20.44 km^(2),对应的增幅为20.16%.成果明晰了三峡水库运行对洞庭湖白鹤摄食栖息地面积的影响规律,可为通过三峡水库补水调度改善洞庭湖越冬水鸟摄食栖息地生境提供理论基础.

关键词：三峡水库洞庭湖白鹤摄食生境物理栖息地模型加权可利用面积

基于两步聚类的城市闸控河流水质时空变异特征研究

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环境工程 2022年第1期40卷 117-122,160页

作者：王刚沃玉报毛劲乔肖洋彭吉荣河海大学水利水电学院南京210098 南京市长江河道管理处南京210011

为探究典型城市闸控河流水质时空分布规律性差异,提供城市闸控河流水生态保护与精准调控依据,将两步聚类法应用于秦淮河南京段水质时空变异特征研究中。结果表明:近年来秦淮河南京段以氮、磷污染为主,且水质情况可分为3类(类型1-较优水... 详细信息

为探究典型城市闸控河流水质时空分布规律性差异,提供城市闸控河流水生态保护与精准调控依据,将两步聚类法应用于秦淮河南京段水质时空变异特征研究中。结果表明:近年来秦淮河南京段以氮、磷污染为主,且水质情况可分为3类(类型1-较优水质、类型2-中等水质、类型3-较劣水质);在空间分布上,河流流向与水质变化趋势存在密切关系,除入江口处断面,从上游至下游类型3水体的多年平均占比从15%增加至38%,水质污染程度逐渐增加;在时间分布上,年际间的类型3水体占比从31%(2008年)逐年降至1%(2015年),水质持续改善,且年内水质在夏秋季节较好。为改善城市闸控河段水质,可在保证城内河道不发生内涝的前提下增加入江口处闸门开启频次,同时加强冬春季节引调水力度。

关键词：闸控河流秦淮河南京段水质时空变异两步聚类

长江上游干旱事件预估及其对水力发电影响研究

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气象科学 2023年

作者：彭振华胡鑫孔蕊徐杨毛劲乔张增信三峡水利枢纽梯级调度通信中心河海大学水利水电学院智慧长江与水电科学湖北省重点实验室河海大学水文水资源学院

基于第6次国际耦合模式比较计划(CMIP6)气候模式数据和SPEI干旱指数，预估了2021—2100年长江上游干旱事件演变趋势及其对水力发电的影响。结果表明：(1)多模式集合MME数据能够较好地模拟1961—2014年长江上游气温和降水的年内变化和年... 详细信息

基于第6次国际耦合模式比较计划(CMIP6)气候模式数据和SPEI干旱指数，预估了2021—2100年长江上游干旱事件演变趋势及其对水力发电的影响。结果表明：(1)多模式集合MME数据能够较好地模拟1961—2014年长江上游气温和降水的年内变化和年际波动特征，相关系数分别达到0.99和0.96;(2)未来长江上游总体呈现变湿的趋势，但2021-2050年干旱事件仍频繁发生。其中，在SSP2-4.5情景下，该时期干旱发生频率在11.74%～28.32%之间，金沙江上游是干旱频率最高的地区；在SSP5-8.5情景下，相比2021—2050年，2071—2100年几乎全流域干旱发生频率均有不同程度的增加，干旱发生频率在11.73%～29.55%之间；(3)多模式多情景预估表明，2021—2045年是长江上游干旱频发期。基于SWAT水文模型预测，在SSP2-4.5情景下，2025—2027年长江上游干旱事件可能导致三峡水库相比多年平均减少2 120亿m3入库流量，此外，高排放情景下三峡水库入库流量可能比低排放情景下下降更为严重。以上研究结果可为气候变化背景下的区域干旱减灾与水电供应提供参考。

关键词：长江上游干旱指数水力发电 CMIP6 SSPs SWAT