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水利学报 2016年第7期47卷 942-948页

作者：练继建杜慧超马超天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072

深水水库的低温水效应明显,以往常采用叠梁门、多层取水口等结构解决下泄低温水问题,但此类方案需在水库投入运行前完成且会造成一定的发电损失。针对已投入运行但未设计建设分层取水设施的水库水温问题,本文提出了在电站进水口前设置... 详细信息

深水水库的低温水效应明显,以往常采用叠梁门、多层取水口等结构解决下泄低温水问题,但此类方案需在水库投入运行前完成且会造成一定的发电损失。针对已投入运行但未设计建设分层取水设施的水库水温问题,本文提出了在电站进水口前设置隔水幕布的新型水库低温水治理方案,建立三维水动力水温数值模拟模型,模拟分析了隔水幕布改善水库下泄低温水的效果及其主要影响因素。模拟结果表明,隔水幕布可使春夏季水库下泄水温提高2~8℃,幕布型式、淹没水深和坝前水温分布是影响改善效果的主要因素;并基于上述结论提出了隔水幕布方案的下泄水温预测公式。隔水幕布改善水库低温水的效果良好,具有广泛的推广应用前景。

关键词：水库下泄低温水隔水幕布分层取水三维数值模拟下泄水温公式

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隔水幕布治理水库下泄低温水的物理模型试验与数值模拟研究

隔水幕布治理水库下泄低温水的物理模型试验与数值模拟研究

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作者：李佩瑶天津大学

学位级别：硕士

温度分层型水库下泄低温水问题严峻,已有解决措施诸如叠梁门、多层取水口等需在水库投入运行前建成。隔水幕布作为一种新型治理方案具有运行调控方便、不影响发电效益等优点,但关于该工程形式的研究尚处于数值模拟阶段,改善效果评估缺... 详细信息

温度分层型水库下泄低温水问题严峻,已有解决措施诸如叠梁门、多层取水口等需在水库投入运行前建成。隔水幕布作为一种新型治理方案具有运行调控方便、不影响发电效益等优点,但关于该工程形式的研究尚处于数值模拟阶段,改善效果评估缺乏实测数据。针对此本文建立了水库概化模型开展模型试验,试验结果证实了隔水幕布工程形式的有效性;同时采用物理模型试验与数值模拟结合的手段,对隔水幕布设置后的下泄水温规律进行了分析,主要研究内容和成果如下:(1)建立了水库概化模型,采用分层加热水体的方式模拟库区典型水温分布。分析了隔水幕布的设置以及改变幕布过流水深、下泄流量、水温分布等条件对下泄水温的影响:隔水幕布的设置对下泄水温改善效果显著,在本文拟定的单温跃层型水温分布(S1水温分布)条件下,幕布设置后下泄水温可升高6.1.4℃;在拟定的双温跃层型水温分布(S2水温分布)条件下,幕布设置后下泄水温可提高2.0.5℃;下泄水温随幕布顶端过流水深的减小而升高,S1水温分布下改变过流水深,下泄水温差值达1.4℃;下泄水温随下泄流量的增加而升高,取水口高程的变化对下泄水温影响较小,不超过0.3℃。(2)建立了概化水库的三维水动力水温数值模型,利用物理模型试验数据验证了该数值模型的有效性。分析不同因素的变化对模型水域温度场、流场以及下泄水温的影响:隔水幕布顶端及其附近区域为下泄主流区,幕布过流水深的变化导致下泄主流带位置发生变化,从而影响下泄水温;下泄流量的增加,使幕布上游高速流动区厚度增加,进水口对上层高温水体牵引作用增强,下泄水温升高;下泄水温主要与最大贡献层水温、下泄主流带上下边界层水温以及下泄流量等因素有关,基于此提出了隔水幕布设置后的下泄水温预测公式,并利用数值计算结果验证了该公式的准确性。(3)开展了三板溪库区地形模型试验,模拟库区5月中旬、8月中旬水温分布得到:5月中旬工况设置下,隔水幕布的设置可使下泄水温最大提高3.1℃,8月中旬工况设置下,隔水幕布设置后可使下泄水温值最大升高5.2℃;将不同隔水幕布过流水深、下泄流量、水温分布等工况下的模型试验数据与下泄水温预测公式计算值进行对比,两者最大误差为0.35℃,证明了预测公式在实际工程中的适用性,为隔水幕布形式在实际工程中的应用提供了可靠依据。

关键词：下泄水温隔水幕布物理模型试验三维数值模拟下泄水温预测公式

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深水水库隔水幕布透水率对下泄水温影响研究

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水资源与水工程学报 2020年第1期31卷 140-145页

作者：王海军冯立阳练继建天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350 天津大学建筑工程学院天津300350

隔水幕布作为分层取水设施可有效缓解由深水水库温度分层导致的低温水下泄影响。为探究幕布材料透水率对下泄水温及幕布总体受力的影响,依据一深水水库实测水文水温资料,建立并验证了该水库的三维水动力水温数值模拟模型,对比分析了不... 详细信息

隔水幕布作为分层取水设施可有效缓解由深水水库温度分层导致的低温水下泄影响。为探究幕布材料透水率对下泄水温及幕布总体受力的影响,依据一深水水库实测水文水温资料,建立并验证了该水库的三维水动力水温数值模拟模型,对比分析了不同工况下的流场、温度场及幕布总体受力结果。研究结果表明:随着幕布材料透水率增至7%,下泄水温逐渐降低,较未采用幕布时下泄水温提升幅度由2.31℃降至0.33℃。随着材料透水,幕布总体受力减小,不透水幕布所受总水平推力为1242 t,满足下泄水温需求的透水率为2%的幕布所受总力为293t。在工程应用中应根据水温提升需求,综合考虑幕布受力及经济性等因素选用幕布材料,对于该工程幕布材料平均透水率不应超过2%。

关键词：工程水力学分层取水隔水幕布数值模拟透水率下泄水温深水水库

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三板溪水电站低温水治理隔水幕布方案研究

三板溪水电站低温水治理隔水幕布方案研究

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作者：杜慧超天津大学

学位级别：硕士

大型水库产生的低温水效应对下游环境及生态具有不利影响,如何减免其影响是近年来水环境保护的重要课题,以往常采用叠梁门、多层取水口等结构解决下泄低温水问题,但此类方案需在水库投入运行前完成且会造成一定的发电损失。针对已投入... 详细信息

大型水库产生的低温水效应对下游环境及生态具有不利影响,如何减免其影响是近年来水环境保护的重要课题,以往常采用叠梁门、多层取水口等结构解决下泄低温水问题,但此类方案需在水库投入运行前完成且会造成一定的发电损失。针对已投入运行但未设计建设分层取水设施的水库水温问题,本文提出了在电站进水口前设置隔水幕布的新型水库低温水治理方案,该方案具有零水头损失、不影响行洪、施工维护方便、造价低廉等许多优点,具有广泛的推广应用前景。本文以三板溪水电站为例,通过数值模拟和物理模型试验结合的方法,对隔水幕布改善下泄低温水效果及幕布缆索受力进行了研究和分析,主要的研究内容和成果如下:1.基于三维流体计算软件FLOW-3D建立了三板溪坝前1.53km库区水域三维水动力水温数值模拟模型,利用三板溪水库实测水温数据对模型进行了验证,并分析了坝前水域水体不同因素影响下的分层流动特性与下泄水温规律:坝前水域在水温分层和电站泄流的拉动的共同作用下,形成了下泄主流带,主流带的范围和流速主要受下泄流量的影响;下泄水温相对于天然来流水温呈现出冬季高,夏季低的情况;在相同来流情况下,下泄水温随着流量的增大而升高,随着水位的升高而降低;下泄水温与坝前水温分布中高程409m40m之间某一高程水温相同。2.利用三维数值模拟分析了不同因素对坝前水域流速场、温度场和下泄水温的影响,并验证了隔水幕布改善下泄低温水的效果,在水位高、温度梯度大、淹没水深小的情景下泄水温最大能提高10℃;总结了幕布实施后下泄水温随时间的变化规律,下泄流量越大,淹没水深越大,下泄水温达到稳定的时间越短;建立了隔水幕布分层取水方式的下泄水温预测公式,并利用数值模拟结果验证了经验公式的合理性,为其实际运行调度提供了依据。3.采用模型试验的手段,研究了隔水幕布两端缆绳受力与水位、淹没水深和下泄流量的关系;并研究了幕布形态变化,以及幕布下放的临界流量。论文研究成果为低温水治理隔水幕布的设计、施工和运行调度提供了技术支撑,对于改善大型水库下泄低温水提供了新的思路。

关键词：水库下泄低温水隔水幕布分层取水三维数值模拟下泄水温预测公式模型试验幕布缆绳受力

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水电站分层取水隔水幕布透水因素影响及受力特性研究

水电站分层取水隔水幕布透水因素影响及受力特性研究

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作者：冯立阳天津大学

学位级别：硕士

深水水库中易形成水温分层结构,下层水体常年维持在较低的温度状态。经水电站引水口下泄的底层低温水易对下游农渔业和水生态环境产生不利影响。隔水幕布作为分层取水设施可有效缓解下泄低温水的影响。早期主要通过改变幕布淹没水深、... 详细信息

深水水库中易形成水温分层结构,下层水体常年维持在较低的温度状态。经水电站引水口下泄的底层低温水易对下游农渔业和水生态环境产生不利影响。隔水幕布作为分层取水设施可有效缓解下泄低温水的影响。早期主要通过改变幕布淹没水深、布置位置等因素,对水温改善效果进行研究。目前对透水因素影响下泄水温的研究较少,对幕布结构受力特性的研究有待进一步深入。因此本文针对分层型深水水库,通过数值模拟方法,建立水动力水温数值模型,研究透水因素对隔水幕布改善下泄水温效果的影响。同时建立柔性幕布结构的流固耦合数值模型,对幕布受力特性等内容进行深入研究。主要研究内容和成果如下:(1)建立了一大型水库坝前水域三维水动力水温数值模拟模型,分析了不同透水率、单侧及两侧边缘过水形式的隔水幕布对下泄水温的影响。结果表明:隔水幕布材料透水率对水温改善效果的影响较为明显,随透水率增大水温改善效果降低。对5月水温分布情况,2%材料透水率工况使下泄水温提高0.89℃。对于幕布边缘过水情况,幕布边缘过水面积越小,下泄水温越高,单侧边缘过水工况下水温最多可提升2.28℃;在所有边缘过水工况中,两侧边缘同时过水且过水面积为最大的工况不满足下游需求,其余工况均可满足需求。隔水幕布边缘过水较透水率因素对下泄水温提升效果更好。(2)针对不透水幕布提出了三种隔水幕布绳索布置方案,通过建立隔水幕布索膜结构数值模型进行了找形分析。结果表明:各形式幕布的最大位移均产生于幕布顶端中点附近,幕布表面最大应力产生于幕布侧边,绳索最大应力产生于两侧角点处,综合考虑绳索用量及布置难度、幕布最大位移和工程经济性等因素,选取了较优的竖直形式绳索布置结构,为流固耦合模型的建立提供支持。(3)建立了概化地形隔水幕布流固耦合三维数值模型,对不同约束条件、不同流速和不同结构材料参数对幕布结构的受力影响进行了对比分析。结果表明:随着流速增加,幕布与绳索的变形和应力增大,校核工况下模拟总支反力为4728.62k N,幕布最大应力为136k Pa,绳索最大受力为289k N,均处于安全稳定状态;幕布变形最大值位于幕布顶端中间并向左岸偏移;绳索为主要受力部件。论文研究成果为隔水幕布结构的推广提供了技术支持,对隔水幕布的工程应用具有指导意义。

关键词：分层取水隔水幕布透水率三维数值模拟受力特性

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水库下泄低温水治理中隔水幕布的应用探析

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水利科学与寒区工程 2024年第12期7卷 4-8页

作者：钟天凤辽宁省阜新市阜新蒙古族自治县水利局辽宁阜新123100

针对已经建成运行且未设置分层取水设施的调节性深水水库,提出在进水口前增设隔水幕布的下泄低温水处治方案,建立起隔水幕布数值计算模型,对温度场及幕布受力情况展开数值模拟;并对不同因素影响隔水幕布处治水库下泄低温水的效果展开模... 详细信息

针对已经建成运行且未设置分层取水设施的调节性深水水库,提出在进水口前增设隔水幕布的下泄低温水处治方案,建立起隔水幕布数值计算模型,对温度场及幕布受力情况展开数值模拟;并对不同因素影响隔水幕布处治水库下泄低温水的效果展开模拟分析。结果表明,隔水幕布具有较好的提升水库下泄水温的效果,幕布形式、坝前水温及淹没水深是影响其效果的主要因素,应予以重点控制。研究结果也为此类水库隔水幕布的布设位置、幕布形式、下泄流量、过水高度、水位变化等值的确定提供了可行依据。

关键词：水库下泄低温水治理隔水幕布数值模拟

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