大型水庫(kù)水溫?cái)?shù)值模擬研究

前言

根據(jù)水利部發(fā)布的《2008全國(guó)水利發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，截至2007年底，我國(guó)已建成各類水庫(kù)86353座，水庫(kù)總庫(kù)容6924億m3（未含港、澳、臺(tái)地區(qū)）。其中，大型水庫(kù)529座，總庫(kù)容5386億m3，占全部總庫(kù)容的77.8 ％。我國(guó)水庫(kù)的總庫(kù)容在世界上排名第四，占世界總庫(kù)容的9.9 ％。同時(shí)隨著我國(guó)能源需求的不斷增加，水電開(kāi)發(fā)處于快速發(fā)展階段，水庫(kù)數(shù)量尚在進(jìn)一步增加。在水庫(kù)的長(zhǎng)期建設(shè)和運(yùn)行過(guò)程中，其引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題逐步顯現(xiàn)并為人們所關(guān)注。例如，怒江梯級(jí)電站的開(kāi)發(fā)就因生態(tài)環(huán)境問(wèn)題引發(fā)爭(zhēng)議而處于擱置中。水庫(kù)建設(shè)和運(yùn)行引發(fā)眾多生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，水溫變化是最為重要的誘因之一。由于水溫對(duì)于水體的物理化學(xué)性質(zhì)、生物的繁殖和生長(zhǎng)等都具有關(guān)鍵影響，水庫(kù)蓄水導(dǎo)致的溫度變化可能?chē)?yán)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(kù)水溫長(zhǎng)時(shí)期變化的物理模型試驗(yàn)相對(duì)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(cè)研究現(xiàn)已成為生態(tài)、環(huán)境和水利領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題。本書(shū)在國(guó)家自然科學(xué)基金（N0.50909108）資助下，對(duì)大型水庫(kù)水溫的三維模擬問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)分析和深入研究，集成多種先進(jìn)數(shù)值手段建立了大型水庫(kù)水溫?cái)?shù)值模型，并利用實(shí)驗(yàn)室和自然界的水庫(kù)水溫分層資料進(jìn)行了驗(yàn)證。

內(nèi)容概要

　　《大型水庫(kù)水溫?cái)?shù)值模擬研究》針對(duì)大型水庫(kù)的特點(diǎn)建立了三維水溫?cái)?shù)值模型，并利用該模型對(duì)金沙江阿海水庫(kù)和三峽水庫(kù)的水溫分布情況進(jìn)行了研究和預(yù)測(cè)。書(shū)中所建模型具有計(jì)算量小、精度高等特點(diǎn)。利用該模型對(duì)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)水槽異重流、二灘水庫(kù)、密云水庫(kù)進(jìn)行模擬，計(jì)算結(jié)果與觀測(cè)資料具有良好的一致性，驗(yàn)證了本模型的可靠性和有效性。書(shū)中利用該模型對(duì)三峽水庫(kù)蓄水后特定條件下的水溫分布進(jìn)行預(yù)測(cè)，分析了水溫變化的規(guī)律，為三峽水庫(kù)的調(diào)度和水環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。該模型在金沙江阿海水庫(kù)的預(yù)測(cè)顯示阿海水庫(kù)在枯水年可能出現(xiàn)水溫弱分層，為阿海水庫(kù)建設(shè)工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供參考?！　　洞笮退畮?kù)水溫?cái)?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(píng)價(jià)、水資源管理規(guī)劃人員參考。

書(shū)籍目錄

第1章 緒論1.1 我國(guó)水庫(kù)建設(shè)的現(xiàn)狀1.2 大型水庫(kù)水溫分布特性及其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響1.3 大型水庫(kù)水溫分層特性及對(duì)水動(dòng)力特性的影響1.4 大型水庫(kù)水溫預(yù)測(cè)的進(jìn)展1.5 大型水庫(kù)水溫?cái)?shù)值預(yù)測(cè)研究中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題1.6 本書(shū)研究的主要問(wèn)題第2章 大型水庫(kù)水溫模型2.1 水動(dòng)力學(xué)模型2.2 紊流模型2.3 水溫模型2.4 垂向坐標(biāo)變換和σ坐標(biāo)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(dòng)量方程的耦合求解3.4 平流項(xiàng)的離散格式3.5 垂向擴(kuò)散項(xiàng)的隱式求解3.6 σ坐標(biāo)系下斜壓梯度力和水平擴(kuò)散項(xiàng)的處理3.7 單側(cè)邊界坐標(biāo)擬合法和陸域計(jì)算單元扣除法3.8 動(dòng)邊界的處理3.9 小結(jié)第4章 模型的驗(yàn)證4.1 矩形水池風(fēng)生環(huán)流的驗(yàn)證4.2 水庫(kù)異重流的驗(yàn)證4.3 密云水庫(kù)水溫模擬4.4 二灘水庫(kù)水溫模擬4.5 小結(jié)第5章 三峽水庫(kù)水溫分層預(yù)測(cè)5.1 三峽工程簡(jiǎn)介及氣象條件5.2 三峽水庫(kù)水溫預(yù)測(cè)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題5.3 三峽水庫(kù)蓄水前后水溫的變化規(guī)律5.4 水庫(kù)正常調(diào)度方式下水溫預(yù)測(cè)研究5.5 密云水庫(kù)、二灘水庫(kù)和三峽水庫(kù)水溫分層比較5.6 小結(jié)第6章 阿海水庫(kù)水溫分層預(yù)測(cè)6.1 工程概況6.2 氣象水文條件6.3 計(jì)算條件6.4 計(jì)算結(jié)果與分析6.5 小結(jié)第7章結(jié)論參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1.2.2 大型水庫(kù)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(kù)水溫分層和隨時(shí)間變化的性質(zhì)主要受到如下因素影響。（1）水庫(kù)的面積和水深。當(dāng)水庫(kù)的平面面積較大時(shí)，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(kù)中表現(xiàn)最為明顯；水庫(kù)的水深對(duì)水溫分層強(qiáng)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(qiáng)。（2）水文氣象條件。當(dāng)水庫(kù)水位較高，而入庫(kù)流量持續(xù)較小情況下，水庫(kù)水體的滯留時(shí)間長(zhǎng)，有利于溫度分層現(xiàn)象的出現(xiàn)。對(duì)于氣象條件而言，當(dāng)氣溫出現(xiàn)快速變化時(shí)，由于上游水淺，來(lái)水溫度對(duì)氣溫的響應(yīng)速度較快，上游來(lái)水和庫(kù)首水體出現(xiàn)明顯溫度差，易潛人水庫(kù)底部或浮于水庫(kù)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(jìn)一步增大，有利于溫度分層的進(jìn)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(kù)運(yùn)行方式。當(dāng)水庫(kù)在高水位運(yùn)行時(shí)，除了增加水力停留時(shí)間外，庫(kù)首水深加大導(dǎo)致底部水體受到表層水溫的影響將進(jìn)一步加大垂向溫差。水庫(kù)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(dāng)取水口位置較低時(shí)，將會(huì)帶走底部低溫水，導(dǎo)致垂向溫度差異減小。

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《大型水庫(kù)水溫?cái)?shù)值模擬研究》是由海洋出版社出版的。

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