兼顾下游航运要求的向家坝水电站枯水期日发电优化运行方式

向家坝水电站短期日发电调度与坝下游航运间矛盾冲突严重,为缓解航电矛盾,该文提出一种兼顾下游航运要求的向家坝水电站枯水期日调节优化方法。综合考虑向家坝水电站水库运行方式、电站出力特性和大坝下游通航水力条件要求,以日发电量最大为目标,建立向家坝日发电精细化模型,运用一维水流模型实时验证下游航运水力条件,可实时保障下游航运安全,同时提出免疫差分进化算法进行求解。最后以向家坝历史径流数据进行仿真模拟分析,优化结果表明:运用本文所提优化方式及求解方法能够在满足下游航运水力条件和电网要求的同时使日发电量达到4 705万kWh,在时效性方面是动态规划计算时间的1/50,具有较大优势。可用于兼顾航运和调峰功能的水电站日调节方案制定,具有一定的理论与工程实用价值。     

基于梯级水库调节系数的径流调节能力分析

为了解析流域梯级水库的建设运行对径流调节能力大小变化的影响,本文以我国水资源量丰沛且集中的长江、黄河、澜沧江、雅砻江、大渡河、乌江、怒江、珠江——"6江2河"上的梯级水库为研究对象,以库容调节系数β为基础,结合径流量提出梯级水库调节系数γ和梯级水库群径流调节系数λ来衡量梯级水库径流调节能力。基于上述系数,分析了现状已开发情形下和未来规划情形下"6江2河"的径流调节能力大小。结果表明:(1)随着梯级水库的建设,分析河段的梯级水库群径流调节能力由上而下逐渐增强。(2)现状情形下,除去无水利工程的怒江外,已开发的梯级水库中,黄河梯级水库群对径流的调节能力最大,澜沧江次之,乌江第三,长江最低。(3)对于未来规划情形而言,梯级水库调节能力将发生部分变化,怒江规划梯级水库群径流调节能力将高于乌江,其余顺序不变。相关研究成果可为流域梯级水库的规划、开发、调控提供基础参考依据。     

黄河下游平滩流量驱动与响应模型

为研究冲积河流平滩流量的变化规律,以黄河下游1950—2007年实测水沙及平滩流量数据为基础,根据量纲和谐原理,建立了反映冲积性河流河床演变规律的驱动与响应模型。对驱动与响应模型中水沙驱动力进行了小波分解;通过小波方差求极值的方法,确定了水沙驱动力的主要时间尺度;并利用主要时间尺度下对应的周期函数代替了驱动与响应模型中的水沙驱动力。进而通过积分运算得出平滩流量驱动与响应模型的解析解。结果表明:黄河下游水沙驱动力具有4—5a和19—20a主要时间尺度;应用到黄河下游5个主要测站具有较好的计算结果。     

堰塞坝漫顶溃决试验分析与模型模拟

为了解不同因素对于堰塞坝漫顶溃坝过程的影响,该文针对入流流量、坝体坡度、坝顶长度和坝顶高度4个主要影响参数进行了9组对比试验,研究了4个参数对溃坝冲刷过程、洪峰流量和峰现时间的影响。结果表明:入流流量和坝顶高度对泄流过程影响较大且与洪峰流量成正相关关系,但坝顶高度的增加会导致峰现时间的延后;减小坝坡度和增加坝顶宽度都能减小冲刷速率从而起到加固坝体的作用,同时可以降低洪峰流量并延长峰现时间。基于对试验结果的分析建立了漫顶溃坝洪水预测模型,并对9组试验进行了模拟计算,对比结果表明本模型具有较好的精度。     

空中水资源及其降水转化分析

本文在回顾空中水资源利用的愿景和相关研究成果、分析空中水资源的概念和内涵的基础上,定义了白水,用以代表空中水资源.白水指的是通过地表某处上空的统计意义上具备降水潜力的水物质通量.白水和其他水资源一样,一般表述为年度水量,其本质是水物质的更新通量.将空中水物质的水平运动垂直积分投影到地表二维空间,对于地表任一点,白水的量纲为[L~2 T~(-1)],与地表水资源常用的[L~3 T~(-1)]不同.将某地的降水通量与相应时段的白水的比值定义为白水降水效率,量纲为L~(-1),代表白水每运动单位距离产生的降水量占其自身的比例.将白水概念扩展到地表流域,则可通过沿流域边界积分得到进入某一流域的白水,量纲为[L~3 T~(-1)].将该流域上空全部白水输送路径上的降水效率沿各自路径积分后加权平均,即得到流域的白水降水转化率(无量纲)为流域内的降水占进入该流域的白水的比例,可以采用降水量除以白水与径流量的1/2之差来近似计算.本文采用再分析数据研究了我国大陆附近的白水降水效率的空间分布特征,并选择长江、黄河、珠江、三江源流域开展相关特征参量对比分析.结果表明,白水降水效率是反映气候和地理条件的降水转化能力的公允度量,可直接用于不同地区的对比分析;流域的白水降水转化率可用于分析流域空地水资源循环中的数量关系.研究和评估白水及其降水转化特征,是空地水资源耦合分析及空中水资源开发利用的基础.通过技术手段提高局部地区的白水降水转化率,并与地表水利工程联合调控,有望实现一定规模的空地水资源耦合利用,是水资源开源的新机遇.     

基于PDF模型的泥沙起悬概率

该文基于动理学理论的方法,研究了明渠紊流中均匀泥沙的起悬概率。首先通过对颗粒受力特征的分析,得到了相空间中颗粒运动概率密度函数(probability densityfunction,PDF)所满足的输运方程。然后通过对PDF输运方程进行无量纲化,分析比较各物理量的大小,进而用摄动法解得了PDF的近似解。最后对得到的PDF在一定的速度范围内积分,得到了泥沙的起悬概率。该文得到的PDF近似解描述了颗粒在紊流中的随机运动特征,可以反映颗粒受的外力、浓度梯度及紊流强度梯度对颗粒运动的影响,基于此得到的起悬概率与实验资料符合较好。     

悬移质不平衡输沙模型的特征

为探求悬移质不平衡输沙过程中水流运动、泥沙输运及河床变形的相互作用机制,完善一维水沙数学模型的基本理论并使其具有更广泛的应用性,基于双曲系统特征理论及奇异摄动理论系统研究了一维悬移质不平衡输沙模型的特征值、特征向量及特征关系,并通过渐进展开方法推求了一维耦合水沙数学模型的特征值.研究结果表明:现有多数模型在特征上无法耦...     

金沙江下游梯级水库群联合航运方式研究

该课题是“十二五”国家科技支撑计划项目“长江上游航运开发关键技术研究”课题之一,课题的总体研究目标是：揭示金沙江下游梯级水库群的水沙动力学特征;确定梯级水库航道基本水沙动力学条件和航道治理重点;制定金沙江下游水库群联合航运的关键技术和优化调度方案,充分发挥金沙江下游梯级水库航道的水运优势;集成项目其他课题形成的关键技术和方案,构建长江上游航运开发技术方案。     

汶川地震唐家山堰塞湖泄流过程的数值模拟

“5.12”汶川特大地震造成了重大人员伤亡和财产损失, 而山体滑坡形成的堰塞湖不稳定而易于发生溃决, 造成洪水灾害, 是震后急需防御的次生灾害重点和难点. 除了大量的现场勘测外, 对泄流及堰塞体冲刷过程的研究, 是制定下游避险、抢险方案的关键. 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室曾为规模最大、威胁最严重的唐家山堰塞湖抢险提供了及时的技术支持, 本文是部分工作的总结. 针对唐家山堰塞湖特定的泄流动力学过程, 开发了平面二维水沙数学模型, 扩展了基本方程, 考虑了堰塞体形成的河床变形对水流运动的影响, 提出了高精度且高效率的边界跟踪算法, 分析了堰塞湖泄流过程以及堰塞体冲刷发展的机制. 结果表明, 河床变形对泄流影响较大, 堰塞体以溯源冲刷为主, 计算得到的泄流流量、堰塞湖水位与 实际观测值吻合较好, 这些结果已经很好地服务于唐家山堰塞湖下游应对方案的确定.