三门峡水库水沙调度过程的数值模拟研究

针对大部分水库调度模型中水沙输移计算大幅简化且与库水位计算过程间只有单向耦合的问题,本研究构建了基于激波捕捉式有限体积法与河网算法的库区水沙调度模型.该模型采用河段连接单元内水沙质量与动量守恒方程的准二维求解算法,河网算法可以反映干支流交汇角的影响,并且使用OpenMP技术实现了并行求解.该模型的水库调度模块将调度方案表示为5个触发条件和4个调度指令参数构成的调度规则表,由水沙动力学模型向调度模块提供入库监测断面的水沙条件与实时更新的水位库容关系,水库调度模块为水沙动力学模型提供库区下游边界条件,从而实现两者双向耦合.采用2020年三门峡库区实测水沙数据进行了模型验证,库区三个河段的水位、流量和含沙量计算结果与实测值相符,在坝前水位最快下降速度达到2.3 m/h的敞泄排沙时段,数值计算过程稳定且成功预测了出库沙峰.针对近年黄河来沙量减少而潼关高程下降趋势并不稳定的问题,应用模型开展了三门峡水库水沙调度过程的数值模拟研究,通过对不同的汛期和非汛期调度方案的模拟分析,初步确定了坝前控制水位对于年内库区冲淤量和潼关高程影响显著的时期,研究结果可以为三门峡水库调度方案进一步优化提供思路.     

松嫩平原洪水资源利用引蓄水方式研究

以松嫩平原为背景，在河流水资源结构分析的基础上，提出了平原地区洪水资源利用蓄水模型。综合考虑需求、可蓄水量以及蓄水时可承受的风险等因素，将洪水利用状况划分为全蓄型和分蓄型。根据蓄水区蓄水前后防洪能力的变化，提出模型应用风险分析标准及其评估方法。并以嫩江下游大赉河段为例，选择代表性水文年进行分析，结果表明：从利用角度，按照生态、农业需水状况引蓄洪水，不仅能够缓解春旱，而且所产生的蓄水风险也可以承受；从防洪角度，能够大幅度削减洪峰流量，所蓄水量能够提高枯水期河道径流量，改善河流水资源结构。     

水库泥沙分选及淤积控制研究

泥沙淤积是迄今制约水库长期利用和没有解决的重大问题之一．本文根据水库实测淤积资料、理论分析和数学模型计算等多方面证明了粒径d〉0．1mm粗沙会在水库回水末端特定位置或大江大河径流水库集中分选沉积．同时，从理论上证明了占入库比例很少的粗沙对大型河道型水库淤积三角洲坡面、最终冲淤平衡坡降和淤积程度有很大影响．在此基础上，作者提出在水库特定按固定河段持续挖粗沙以降低平衡淤积坡降、控制淤积和增加长期利用库容．三峡水库模型计算实例表明，年挖砂5000万t／a（三峡设计泥沙系列）或3000万t／a（蓄水前10年系列）可降低水库百年淤积量20％，回水末端淤积大幅度减少，水库平衡坡降减小25％～30％；水库50～100年基本趋于冲淤平衡，可避免长期、持续大量淤积的局面．同时，在黄河小浪底水库回水末端挖粗沙不但可减少水库淤积，而且还可拦截粗沙进入下游而降低黄河下游冲淤平衡坡降．在小浪底水库大量拦沙、冲刷下游河道所营造的相对良好河型基础上，可以期待长远只利用在现有水库拦截粗沙便可缓解或实现黄河下游河道不抬高．     

不同粒径组泥沙对黄河下游沉积的影响及其在黄河治理中的意义

以不同粒径组的来沙量和淤积量的资料为基础,建立了三门峡-利津河段的年冲淤量与进入下游河道的年沙量的关系,从中得到了下游河道泥沙从存贮到释放的临界值.这一临界值随泥沙粒径组的变粗而减小.三门峡-利津河段的年冲淤量与进入下游河道的年沙量的相关系数值,随泥沙粒径组的变粗而增大,即来沙越粗,来沙量与河道淤积的关系越密切.单位输入沙量的变化所导致的淤积量增加量,随着粒径的变粗而增大.研究表明,在已经对大于0.05mm粗泥沙来源区进行治理并取得成效的基础上,集中治理大于0.10mm粗泥沙的产出区,具有重要意义.     

黄河下游河道主河槽萎缩特征及其判别参数研究

采用时间序列分析方法对黄河下游河道断面形态参数变化趋势及其变异点进行了系统分析,结果表明:从20世纪50年代以来,断面形态参数发生了趋势性变化,表现为主河槽呈逐年萎缩的态势,且这种趋势在未来仍将延续;黄河下游主河槽萎缩的主要特征是平滩流量和平滩面积的显著下降,相应的平滩河宽、平均水深、最大水深等出现不同程度的下降,同时还伴随着平滩水位和宽深比的上升.提出了黄河下游河道主河槽萎缩的判别参数与判别标准,分析认为下游河道主河槽在70年代开始初步萎缩,90年代以后进入严重萎缩期;提出了三门峡出库水沙过程不协调指数,表明三门峡水库修建后水沙过程不协调性呈增加的趋势;建立了下游河道主河槽萎缩参数与三门峡水库出库水沙过程的响应关系,指出通过水库调控进入下游的水沙过程,特别是调控出库水沙不协调指数,可以缓解和改善下游河道主河槽的萎缩状况,恢复与维持下游基本的输水输沙通道.     

基于两相浑水模型的三维水沙数值模拟

本文针对悬移质泥沙输移,采用两相浑水模型进行描述,基于SELFE水动力学模型,尝试通过三维数值格式对两相浑水模型进行探索性模拟.建立了两相浑水模式的离散方程,完善了相应的边界条件,采用多组水槽资料率定并验证了模型的可靠性.并以宁蒙黄河2012年洪水为例,采用离散后的模型对宁蒙黄河青铜峡至石嘴山200 km河段进行了数值模拟.并以该河段洪水的洪峰传播特性、不同河段的环流特性、河段泥沙输移及河床冲淤等为重点关注了改进后的模型.结果表明:计算水位、地形、含沙量等数据与实测资料有较好的吻合,环流特性与理论分析一致.综合表明改善后的模型能很好的应用于悬移质泥沙的模拟.     

金沙江下游梯级与三峡-葛洲坝多目标联合调度研究

溪洛渡-向家坝-三峡-葛洲坝组成的四库梯级水库群是长江上游水能开发、中下游防洪安全和供水保障体系的重要组成部分,开展四库多目标联合优化调度具有重要意义.考虑防洪、发电和供水3个目标建立多目标联合优化调度模型,采用ε约束法,以四库梯级总发电量最大作为主目标,将防洪、供水等目标作为约束条件生成非劣解集;分别选取三峡汛期最高控制水位、最小下泄流量作为防洪、供水约束的情景因子,通过多情景分析,揭示不同来水条件下各目标的置换关系及其机制.结果表明:(1)设置三峡汛期最高控制水位146.5,150,153 m三种情景,其中,相对于146.5 m情景,汛期最高控制水位每提高1 m,多年平均增发电量约7亿kW h,以丰水年增幅最大;(2)最小下泄流量增加10%,四库总发电量多年平均降低5亿kW h左右;(3)三峡水库供水保证率受最小下泄流量影响比溪洛渡水库更为敏感,各种年型下缺水主要集中在枯水期,抬高三峡汛期最高控制水位,不能缓解消落期供水与发电的矛盾.     

三峡水库172.5m蓄水过程对香溪河库湾水体富营养化的影响

2008年9月至11月,三峡水库分两阶段蓄水至172.5m水位,通过分析蓄水过程中水库干流及支流库湾的水流、水温、浊度、营养盐等的跟踪监测数据,研究了2008年三峡水库汛末蓄水过程对支流库湾水体富营养化的影响.研究表明:三峡水库水位最大日升幅可为2.38m;三峡水库干支流主要通过异重流形式进行水体交换,支流水流呈显著的异向分层流态;三峡水库蓄水过程可以缩小水库干支流之间的水温、浊度、营养盐、pH值等因子差异;蓄水过程中,干流水体稳定系数始终较小,支流水体稳定系数明显降低;导致香溪河库湾叶绿素a浓度在蓄水期间降低的主要原因是蓄水过程增强了水库干支流间的水体交换程度、降低了支流水体分层程度并增加了支流悬沙的含量;蓄水前三峡水库干、支流水体均呈中富营养化状态,蓄水后干、支流水体均呈中营养状态;三峡水库蓄水过程对支流库湾的营养盐具有补给作用,增大了支流库湾蓄水后产生水体富营养化的风险.     

黄河源区水循环变化规律及其影响

黄河源区的水文循环规律在20世纪90年代发生了很大的变化.河源地区水循环变化的主要特点是在降水量变化不大而且略有增加的前提下,径流量有比较明显的下降,而且径流也更加集中在汛期.河源地区的水平衡调蓄量一直处于负均衡状态,从而导致了该地区生态环境的恶化.径流减少的主要原因是蒸发量的增加.河源区径流量与上游各水文站的径流量有较好的相关关系,河源区径流减少,整个黄河上游地区的来水量也有下降趋势,影响全流域的水资源供需平衡.径流减少后当地生态环境恶化,河道系统的水文循环发生深刻的变化.今后的演变趋势是由于西北地区温度持续变暖,21世纪的水循环的演变趋势将是蒸发量增加,径流量进一步减少.因为水利工程的修建,局部生态环境恶化态势会有所缓解,但是对于下游的生态环境影响却很复杂.     

三维紊流悬沙数学模型及应用

根据紊流随机理论, 导出了各向异性紊流的Reynolds应力的数值格式. 将精细壁函数应用于边壁处理. 将传统的悬沙运动、床沙级配控制方程推广到三维模型. 给出了床面附近含沙量表达式. 建立了三维紊流悬沙数学模型. 用葛洲坝水利枢纽建库前后水沙资料对该模型进行了检验, 结果基本一致. 将该模型应用于三峡工程坝区泥沙冲淤问题的研究, 预测了三峡工程建成后坝区上游河段泥沙冲淤发展过程及其分布、河床淤积物级配组成及不同时期、不同高程的流场、含沙量场等, 计算结果与物理模型试验值比较接近.     

On the adenosintriphosphatase activity of the particulates of the egg of the sea urchinParacentrotus lividus

Riassunto I particolati delle uova vergini di riccio di mare possono essere separati, a mezzo della centrifugazione differenziale, in due frazioni, una fortemente ed una scarsamente pigmentata. La prima mostra una attività ATPasica attivata da Mg con un massimo a pH 8.2; il massimo della seconda è invece a pH 6.4. Nelle preparazioni contenenti i due tipi di particolati si ritrovano i due massimi.     

On the epistemological foundations of the law of the lever

In this paper I challenge Paolo Palmieri’s reading of the Mach—Vailati debate on Archimedes’ proof of the law of the lever. I argue that the actual import of the debate concerns the possible epistemic (as opposed to merely pragmatic) role of mathematical arguments in empirical physics, and that construed in this light Vailati carries the upper hand. This claim is defended by showing that Archimedes’ proof of the law of the lever is not a way of appealing to a non-empirical source of information, but a way of explicating the mathematical structure that can represent the empirical information at our disposal in the most general way.