大型水庫水溫數(shù)值模擬研究

前言

根據(jù)水利部發(fā)布的《2008全國水利發(fā)展統(tǒng)計公報》，截至2007年底，我國已建成各類水庫86353座，水庫總庫容6924億m3（未含港、澳、臺地區(qū)）。其中，大型水庫529座，總庫容5386億m3，占全部總庫容的77.8 ％。我國水庫的總庫容在世界上排名第四，占世界總庫容的9.9 ％。同時隨著我國能源需求的不斷增加，水電開發(fā)處于快速發(fā)展階段，水庫數(shù)量尚在進一步增加。在水庫的長期建設(shè)和運行過程中，其引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問題逐步顯現(xiàn)并為人們所關(guān)注。例如，怒江梯級電站的開發(fā)就因生態(tài)環(huán)境問題引發(fā)爭議而處于擱置中。水庫建設(shè)和運行引發(fā)眾多生態(tài)環(huán)境問題，水溫變化是最為重要的誘因之一。由于水溫對于水體的物理化學(xué)性質(zhì)、生物的繁殖和生長等都具有關(guān)鍵影響，水庫蓄水導(dǎo)致的溫度變化可能嚴重破壞生態(tài)系統(tǒng)，造成生物種類出現(xiàn)明顯的調(diào)整。目前，由于水庫水溫長時期變化的物理模型試驗相對困難。數(shù)學(xué)模型研究是水溫研究中主要手段，水溫的數(shù)值模擬預(yù)測研究現(xiàn)已成為生態(tài)、環(huán)境和水利領(lǐng)域的熱點課題。本書在國家自然科學(xué)基金（N0.50909108）資助下，對大型水庫水溫的三維模擬問題進行了系統(tǒng)分析和深入研究，集成多種先進數(shù)值手段建立了大型水庫水溫數(shù)值模型，并利用實驗室和自然界的水庫水溫分層資料進行了驗證。

內(nèi)容概要

　　《大型水庫水溫數(shù)值模擬研究》針對大型水庫的特點建立了三維水溫數(shù)值模型，并利用該模型對金沙江阿海水庫和三峽水庫的水溫分布情況進行了研究和預(yù)測。書中所建模型具有計算量小、精度高等特點。利用該模型對實驗室試驗水槽異重流、二灘水庫、密云水庫進行模擬，計算結(jié)果與觀測資料具有良好的一致性，驗證了本模型的可靠性和有效性。書中利用該模型對三峽水庫蓄水后特定條件下的水溫分布進行預(yù)測，分析了水溫變化的規(guī)律，為三峽水庫的調(diào)度和水環(huán)境保護提供科學(xué)依據(jù)。該模型在金沙江阿海水庫的預(yù)測顯示阿海水庫在枯水年可能出現(xiàn)水溫弱分層，為阿海水庫建設(shè)工程環(huán)境影響評價提供參考?！　　洞笮退畮焖疁財?shù)值模擬研究》可供從事水環(huán)境數(shù)值模擬研究、水環(huán)境影響評價、水資源管理規(guī)劃人員參考。

書籍目錄

第1章 緒論1.1 我國水庫建設(shè)的現(xiàn)狀1.2 大型水庫水溫分布特性及其對生態(tài)環(huán)境的影響1.3 大型水庫水溫分層特性及對水動力特性的影響1.4 大型水庫水溫預(yù)測的進展1.5 大型水庫水溫數(shù)值預(yù)測研究中需要解決的關(guān)鍵問題1.6 本書研究的主要問題第2章 大型水庫水溫模型2.1 水動力學(xué)模型2.2 紊流模型2.3 水溫模型2.4 垂向坐標變換和σ坐標系下控制方程2.5 控制方程的定解條件2.6 小結(jié)第3章 水溫模型的離散求解3.1 變量的網(wǎng)格布置3.2 控制方程的算子分裂方式3.3 自由表面和動量方程的耦合求解3.4 平流項的離散格式3.5 垂向擴散項的隱式求解3.6 σ坐標系下斜壓梯度力和水平擴散項的處理3.7 單側(cè)邊界坐標擬合法和陸域計算單元扣除法3.8 動邊界的處理3.9 小結(jié)第4章 模型的驗證4.1 矩形水池風(fēng)生環(huán)流的驗證4.2 水庫異重流的驗證4.3 密云水庫水溫模擬4.4 二灘水庫水溫模擬4.5 小結(jié)第5章 三峽水庫水溫分層預(yù)測5.1 三峽工程簡介及氣象條件5.2 三峽水庫水溫預(yù)測現(xiàn)狀及存在的問題5.3 三峽水庫蓄水前后水溫的變化規(guī)律5.4 水庫正常調(diào)度方式下水溫預(yù)測研究5.5 密云水庫、二灘水庫和三峽水庫水溫分層比較5.6 小結(jié)第6章 阿海水庫水溫分層預(yù)測6.1 工程概況6.2 氣象水文條件6.3 計算條件6.4 計算結(jié)果與分析6.5 小結(jié)第7章結(jié)論參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：1.2.2 大型水庫水溫分層的影響因素和分層結(jié)構(gòu)1）水溫分層的影響因素大型水庫水溫分層和隨時間變化的性質(zhì)主要受到如下因素影響。（1）水庫的面積和水深。當水庫的平面面積較大時，風(fēng)應(yīng)力的影響比較顯著，在表層能夠形成明顯的溫水層，這在湖泊型水庫中表現(xiàn)最為明顯；水庫的水深對水溫分層強度具有決定性的影響，水深越小，水體和大氣之間的熱交換越充分，垂向的溫度越均勻，分層越弱，反之，分層越強。（2）水文氣象條件。當水庫水位較高，而入庫流量持續(xù)較小情況下，水庫水體的滯留時間長，有利于溫度分層現(xiàn)象的出現(xiàn)。對于氣象條件而言，當氣溫出現(xiàn)快速變化時，由于上游水淺，來水溫度對氣溫的響應(yīng)速度較快，上游來水和庫首水體出現(xiàn)明顯溫度差，易潛人水庫底部或浮于水庫上部，形成密度分層；在升溫季節(jié)，表層水體接收到的熱量多于下層水體，上層溫度升高較快，和底部的密度差進一步增大，有利于溫度分層的進一步發(fā)展，反之，在降溫季節(jié)，表層水體散熱較快，能夠加速密度層結(jié)現(xiàn)象的消失，甚至出現(xiàn)“翻池”現(xiàn)象。（3）水庫運行方式。當水庫在高水位運行時，除了增加水力停留時間外，庫首水深加大導(dǎo)致底部水體受到表層水溫的影響將進一步加大垂向溫差。水庫溫度分層導(dǎo)致不同高度取水口下泄的水體溫度不同，直接影響溫度的垂向分布。例如，當取水口位置較低時，將會帶走底部低溫水，導(dǎo)致垂向溫度差異減小。

編輯推薦

《大型水庫水溫數(shù)值模擬研究》是由海洋出版社出版的。

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