牛栏江滇池补水工程汛期泥沙问题的成因机制

牛栏江滇池补水工程自2013年通水以来对改善滇池水质发挥了重要作用,但实际运行中存在汛期水体浑浊的现象,对瀑布公园、盘龙江河道景观及城市供水等造成了影响.根据多次现场考察与观测结果,本文研究了水源地德泽水库中取水口及其上游牛栏江和左岸支流干河的水沙运动规律及汛期水体泥沙含量偏高的成因机制,认为造成取水口含沙量偏高的主要原因,一是入库泥沙较细,沉降速度较小,水库回水长度难以满足细颗粒泥沙沉降距离的要求;二是取水口以上河段存在表层、中层和底层异重流,频繁出现的中、底层异重流常会导致取水口所在高程处的含沙量显著增加,不利于泵站取水;三是取水口断面距离交汇口较近,干、支流交互作用会扰动取水口附近的含沙量分布,且支流含沙量较大的洪水汇入干流时会造成取水口断面含沙量的升高.研究结果深化了对细颗粒泥沙在水库变动回水区运动特点的认识,可为牛栏江滇池补水工程汛期泥沙问题的治理提供参考.     

基于FDS格式的长江镇扬段水沙数值仿真

基于镇扬江段河势变化剧烈、感潮特性明显、水沙运动复杂的特征,建立了二维非稳态水流、水质及泥沙耦合数学模型,在有限体积法框架下应用通量差分裂(FDS)格式计算模型中各跨单元边界的数值通量,基于实测数据对模型进行了率定验证.运用所建模型对洪季、枯季镇扬江段水沙过程进行数值仿真,结果表明:(1)镇扬江段汛期流速约为0.72-1.98m/s,枯水期流速约为0.33-1.24m/s,汛期平均流速约比枯水期增加了40.6%;(2)汛期水动力条件较好,沿河排污口最大污染带长度约1550m,枯水期总污染带长度约2800m,比汛期增加了46.2%;(3)汛期镇扬江段平均含沙量为0.12-0.20kg/m3,枯水期平均含沙量为0.07-0.11kg/m3,汛期含沙量较枯水期增加了40%;汛期,泥沙浓度从上游至下游沿河长方向基本呈现递减趋势;枯水期,由于径流、潮流双重作用明显,泥沙浓度沿程变化较小.     

PAC/PDMDAAC复合混凝剂用于冬季太湖水强化混凝工艺中试放大研究

在中试制水生产线上以3t/h的制水量规模对聚合氯化铝(PAC)-聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)复合混凝剂用于冬季低温太湖水强化混凝工艺的中试放大效应进行了研究分析.结果表明,对水温2~5℃,浊度9~20NTU,藻含量0.7×104~2.0×104个/m L的冬季低温太湖水,达到2NTU的水厂对沉淀出水浊度的要求,使用PAC/PDMDAAC复合混凝剂可比使用PAC减少投加量20.00%~35.00%,同时除藻率尚可提高1.25%~1.88%;在相同投加量情况下,使用PAC单独处理沉淀出水浊度达到2NTU时,使用PAC/PDMDAAC(1.53/10%~3.32/20%)复合混凝剂相对于使用PAC可降低沉淀池出水浊度22.09%~39.75%,同时提高除藻率2.78%~4.41%.对未来可能的1NTU深度处理沉淀出水浊度要求,使用PAC/PDMDAAC相对于PAC可减少投加量33.33%~44.44%,同时除藻率还可提高1.54%~2.38%.特别地,仍保持复合混凝剂中含PDMDAAC质量分数高或者特征黏度大,强化混凝工艺混凝效能越高的特征.由此可见,采用PAC/PDMDAAC复合混凝剂强化混凝工艺的脱浊、除藻、减铝盐投加量等在混凝烧杯实验中所体现出的效能,在3t/h水量中试生产条件下,得到成功放大.     

黄河下游高含沙洪水冲淤特性及其调控对策初探

基于黄河下游实测资料,对高含沙洪水对下游各河段河槽淤积的影响进行了分析,认为来自河口镇至龙门区间的高含沙洪水是造成下游高村以上河段河槽淤积的主要原因,高村以下河段的汛期河槽淤积物甚至全部来自高含沙洪水.降低含沙量、增大流量和提高细沙比例至70%~80%以上均可显著减轻高含沙洪水对河槽的淤积,而这可通过调控水库排沙比来实现.进一步分析了水库排沙比与出库泥沙的含沙量与细沙比例的关系,建议小浪底水库对高含沙洪水的调控要控制其排沙比在50%.在河龙间粗泥沙集中来源区,由于其来水很少、来沙很多,可利用该区"沙随水来"的特点使河龙间洪水就地利用,以减少黄河高含沙洪水产生几率和入黄泥沙量.     

斜板预沉处理黄河高浊度水的试验研究

根据黄河流域径流量和输沙量减少、泥沙粒径变细的特点,通过试验得出斜板沉淀池自然沉淀处理黄河高浊度水泥沙时,上升流速v与含沙量c及中值粒径d50之间存在下列关系:v=1.162-0.01404c 2.835d50,其双相关系数r=0.90,经实测验证误差在-8.74%~8.51%之间.上式在6相似文献   

汛期调度运行方式对径流式水电站防沙排沙条件的影响——以桐子林水电站为例

坝前防沙条件、排沙效率是影响径流式水电站使用寿命及厂房发电安全的重要因素。为研究径流式水电站在汛期采取不同调度运行方式对电站汛期排沙、防沙效果的影响,通过非工程措施改善坝前排沙、防沙条件,采用FLOW-3D数值模拟软件建立三维水沙数值模型,模拟了桐子林水电站在不同坝前来流情况下,采取不同的调度运行方案时,电站取水前池的流速、流态和泥沙输移情况。结果表明：不同的调度方案可改变坝前水动力轴线、推移质输移带走向,因此在满足电站安全运行的前提下,采取合理的调度运行方式可使电站防沙效果取得最佳;汛期电站排沙以集中开启泄洪闸排沙为宜;坝前来流较大时电站需开启冲沙底孔,关闭发电机组以保证生产安全。     

长江上游主要支流水沙特性及其影响因素分析

雅砻江、岷江、嘉陵江和乌江的水沙特性是决定长江泥沙变异的关键因素之一,关乎三峡水库的合理运行,关系着长江流域水资源的合理开发利用及水生态平衡.本文基于2002—2016年期间,长江主要支流设置的桐子林、高场、北碚、武隆4所重要控制性水文站水文泥沙监测资料,深入系统地探讨水文泥沙参量的变化特征及其影响因素,借助统计软件SPSS进一步分析水文泥沙参量的相关性.研究结果表明:在时序上,各支流年均含沙量、年输沙量、年输沙模数降低22.57%～91.54%,年径流量雅砻江、岷江和乌江增大3.28%～17.96%,嘉陵江降低1.58%;嘉陵江和乌江的中值粒径增大50%～80%.水电站的修建导致年均含沙量、年输沙量、中值粒径、年输沙模数降低5%～79.34%;强降雨、滑坡、塌方、泥石流、溃坝等自然灾害以及人为诱发滑坡和向河道倾倒土石体致使年均含沙量、年输沙量、年输沙模数增大20%～702.94%.参数间相关性由强到弱排序为年均含沙量和年输沙量/年输沙模数,年径流量和年均含沙量,年径流量和年输沙量/年输沙模数,年均含沙量和中值粒径,中值粒径和年输沙量/年输沙模数,以及年径流量和中值粒径.研究成果将为长江支流梯级电站的规划设计、三峡水库的合理运行提供理论支撑.     

兴化湾工程建设对周边海域水沙环境影响

基于实测水文泥沙资料,建立和验证了兴化湾海域大小嵌套的二维潮流泥沙数学模型;模型与实测结果在水动力泥沙方面吻合,验证结果良好。以兴化湾港口规划工程为例,运用所建模型分析相关工程实施对周边海域水沙环境影响。结果表明:规划工程实施后,湾内流速局部有所调整;但变化范围和幅度均相对有限。采用断面潮量计算方法,得出工程前后湾内纳潮量中潮期间减小15%,大潮期间则为13. 1%; 1个月后,湾内水体交换率均在40%以上,与天然条件相比,交换率减小了6. 8%;工程后湾内含沙量仍保持了较低的状态;同时受近岸区滩涂围垦影响,使浅海区再悬浮泥沙来源减少,导致南侧海域含沙量有所降低。研究成果为兴化湾海域科学合理的规划布局提供一定的参考。     

黄河下游高含沙洪水冲淤特性及其调控对策初探

基于黄河下游实测资料,对高含沙洪水对下游各河段河槽淤积的影响进行了分析,认为来自河口镇至龙门区间的高含沙洪水是造成下游高村以上河段河槽淤积的主要原因,高村以下河段的汛期河槽淤积物甚至全部来自高含沙 洪水.降低含沙量、增大流量和提高细沙比例至70%～80%以上可显著减轻高含沙洪水对河槽的淤积,而这可通过调控水库排沙比来实现.进一步分析了水库排沙比与出库泥沙的含沙量与细沙比例的关系,建议小浪底水库对高含沙洪水的调控要控制其排沙比在50%.在河龙问粗泥沙集中来源区,由于其来水很少、来沙很多,可利用该区"沙随水来"的特点使河龙间洪水就地利用,以减少黄河高含沙洪水产生几率和入黄泥沙量.     

基于地下水回灌系统工程的原水预处理试验研究

针对采用FeCl_3絮凝沉降预处理河水原水后,注入功能性人工湿地系统,由经功能性湿地系统二次净化处理后,再由池塘入渗补给地下水的地下水回灌系统工程,利用单因素试验考察FeCl_3对绵远河水原水浊度、COD、TP、TN、NH_4~+-N污染指标的去除效率,分析三氯化铁投加量与沉淀时间对污染指标去除效果的影响。结果表明,FeCl_3试剂对浊度、TP的去除效果显著,浊度的最终去除率为94.507%~98.399%,TP的最终去除率为55.519%~95.130%;对COD、TN的去除效果较为明显,COD的最终去除率为29.869%~50.955%,TN的最终去除率为14.970%~65.945%;对NH_4~+-N的去除效果不明显,NH_4~+-N的最终去除率为5.714%~9.909%。污染去除率受污染的初始浓度、FeCl_3用量、静置沉降时间共同影响。总体而言,污染的初始浓度越大,其去除效率越高;污染浓度随时间增加而降低,去除率随时间增加而增大。相同时间内,FeCl_3浓度越大,去除率越高,污染降低越快;不同FeCl_3浓度达到相同污染去除率时,FeCl_3浓度越低,所需时间越长;FeCl_3浓度越高,所需时间越短。     

三峡水库至坝下游粗细颗粒泥沙输移特性与驱动机制

流域人类活动的增强,深刻影响了河流水文与地貌形态演变过程及发展趋势.三峡大坝作为全球最大的水电工程,其运行对下游水沙通量、泥沙输移、地貌形态等的影响引起了广泛关注.通过1990～2021年三峡水库蓄水对泥沙分选及下游泥沙输移过程影响的研究,加深了人类活动对河流水沙-地貌系统演变的认识.研究结果表明：三峡水库拦蓄了上游流域76.33%的沙量进入大坝下游,细颗粒(d≤0.125mm)和粗颗粒(d>0.125mm)沙量排沙比低于25.0%(24.26%和11.69%);2003年以来三峡大坝下游河段总沙量、细颗粒泥沙沿程得到恢复,其恢复量值低于蓄水前(1990～2002年)平均值;三峡水库运行改变了库区水位及流量过程,库区水位抬升降低了总沙量、粗颗粒及细颗粒泥沙排沙比,汛期(5～10月)入库流量大于30 000m³/s天数多的年份细颗粒泥沙排沙比增加、粗颗粒泥沙排沙比保持稳定;三峡水库运行后坝下游宜昌至湖口河段的沙量减少引起河床长距离累积冲刷,细颗粒泥沙沿程得到恢复,因河床逐渐粗化作用引起的粗颗粒泥沙恢复程度呈减弱态势.     

溪洛渡-向家坝梯级水库汛末蓄水时间与目标决策研究

针对梯级水库运用过程中蓄水与排沙之间矛盾,本文以溪洛渡-向家坝梯级水库为例,考虑上游修建白鹤滩水库条件,对两座水库汛末蓄水时间进行了优化研究.首先讨论两库蓄水时间调整对梯级水库发电、航运以及泥沙淤积的影响;然后构建梯级水库水沙联调多目标决策模型对两库蓄水时间进行优化决策,得到溪洛渡—向家坝梯级水库蓄水时间与多年平均发电量和库容淤损率之间的非劣解集;最后应用加权理想点评价模型对非劣解进行评价,给出不同目标权重下满足发电和减淤要求的梯级水库最佳蓄水方案.结果表明,(1)增加梯级水库发电量,势必要提前水库汛末蓄水时间,这必以增加库容淤损率为代价;(2)各目标权重不同,最优方案不同.当泥沙目标权重较大时,溪洛渡水库9月21日蓄水比9月11日蓄水好,且泥沙目标权重越大,最优方案对应的向家坝水库蓄水时间越晚;当发电目标权重较大时,溪洛渡水库9月11日比9月21日蓄水好,且发电目标权重越大,最优方案对应的向家坝水库蓄水时间越早.研究成果可为溪洛渡—向家坝梯级水库正式建成后制定合理的调度运用方案提供科学的依据.     

半封闭水域电厂取排水布置方案优化研究

利用平面二维水动力模型,对罗源湾某电厂三期工程3个取水和3个排水方案组合下大、小潮的水力热力特性进行模拟计算,分析半封闭水域不同取排水布置对温升分布和取水温升的影响。结果表明:对于半封闭水域,小潮与大潮相比,热量累积作用明显,全潮最大和平均温升面积较大,小潮为不利潮型;排水口越靠近湾口,越有利于热量输运,温升面积明显减小。靠近湾口的排水方案Ⅰ1℃平均温升面积为靠近湾顶的方案Ⅲ的36%左右,相同三期取水方案平均取水温升也相应降低约0.3℃,优势明显。但因距一、二期取水口较近,使一、二期瞬时最大取水温升较高,故增设导流堤进行方案优化。导流堤可使一、二期瞬时最大取水温升降低约0.6～0.7℃,平均温升降低约0.1～0.2℃,能有效减少热量的直接回归。对研究半封闭水域电厂取排水布置和温排水特性具有一定的参考价值。     

南水北调工程对长江口盐水入侵和淡水资源的影响

南水北调工程为跨流域调水工程,其对于长江口淡水资源变迁的影响是当今研究热点之一.本文应用三维数学模型,研究南水北调东线和中线工程短期和远期调水方案对长江河口盐水入侵和淡水资源的影响.结果表明,在2月中下旬一个大小潮周期中,东风西沙水库、陈行水库和青草沙水库取水口盐度大于0.45的不宜取水时间分别为7.74、3.08和2.72 d.同时,在东线和中线工程短期调水1 000 m3/s情况下,长江河口盐水入侵加剧,尤其在北港、北槽和南槽拦门沙区域及其北支上段盐度上升最为明显,出现了量值超过0.5的大面积区域,南支淡水区域减小.在2月中下旬一个大小潮周期中东风西沙水库、陈行水库和青草沙水库不宜取水的时间分别增长了1.43、2.14和2.13 d.在东线和中线工程远期调水1 600 m3/s情况下,整个河口盐度的上升更为明显,在北港、北槽和南槽拦门沙出现了盐度超过1的大范围区域,小范围区域盐度超过了1.5,南水淡水范围进一步减小.在2月中下旬一个大小潮周期中东风西沙水库、陈行水库和青草沙水库不宜取水的时间分别增加了1.49、3.08和3.08 d.     

锰铜复合除藻剂灭活铜绿微囊藻效能研究

以高锰酸盐和酸溶氯化亚铜复配制备了锰铜复合除藻剂(MCC),通过静态实验研究MCC对铜绿微囊藻的去除效果及药效时间,考察了MCC除藻对水样pH值的影响,探讨其作为新型除藻剂的可行性. 结果表明:铜试剂A与锰试剂B的最佳复配比为0.5～1.5∶1.0;投药10d内浊度、OD420和叶绿素a去除率分别为67.82%,77.98%和97.04%;投药16d后浊度降到6.16NTU,叶绿素a降到1.048μg·L-1,去除率分别达到77.40%和99.48%;水样pH值随MCC中铜试剂的增加而降低,在最佳复配比时,pH值在7～8之间. 该研究为新型除藻剂的研发奠定了基础.     

圆中环沉沙排沙过滤池的试验研究

新疆呼图壁河含沙量较大,不满足工业用水的需要,故增设了圆中环沉沙排沙过滤池,它的过滤池由32个滤水槽组成。采用断径砂逆向分层铺设于滤水槽反滤的方式,探讨了不同反滤层的击穿情况与过滤效果,试验发现:当有大颗粒的断径砂时,反滤层不易被击穿,且流速随着角度的增大而增大;其过滤效果与初始浊度和水位差有关,在工程中运用时,应控制好这两个参数。当输沙率达到1.20kg/s后,沉沙池内部水流较为浑浊,汇流槽出水量也逐渐变小,逐渐降低至总出水量的64.8%,故滤水层的淤堵程度达到了总出水量的35.2%。     

张家界地区溇水流域洪水特征分析

以张家界地区主要水系溇水流域为研究对象,利用长潭河站1966年以来有记录的水文泥沙资料(25a),分析溇水流域不同阶段洪水发生频率、洪峰规模、洪水输沙能力及水沙关系特征的变化规律.通过有序聚类方法将溇水流域洪水变化过程划分为1966—1969年、1970—1985年和2007—2011年3个阶段.研究结果表明:溇水流域以夏季洪水为主,发生频率约占56%.25a间,洪峰流量主要集中在500~1 000m3/s,大于1 000m3/s的洪水发生频率在不同时段分布规律不尽相同,最高洪峰流量可达到7 000m3/s.洪水对溇水流域输沙量的贡献远大于水量的贡献,最大洪水事件对溇水流域输沙过程起主导作用,其最大贡献率可达73%(1966年).3个阶段"流量-含沙量"呈幂函数关系,其系数变化特征表明溇水流域洪水输沙来源相对不充足.1970—1985年间洪水输沙能量有所增加,而2007年后输沙能量有所降低.不同阶段"流量-含沙量"滞后环特征变化在一定程度上表明溇水流域悬移质输沙来源从河道向坡面或上游较远的地方转移.     

长江上中下游河道水沙特征和水沙关系

利用1950-2010年间宜昌、汉口和大通站的有关资料,对比分析长江流域上中下游河段的径流量和输沙量特性及其在时间上和空间上的变化规律.1950—2010年宜昌站多年平均径流量为4.32×10~(11)m~3,汉口站为7.07×10~(11)m~3,大通站为8.96×10~(11)m~3,上游来水量与中下游来水量各占一半左右.年际间年径流量存在波动变化,但未出现明显的趋势性增减变化.而三峡水库建成后径流量存在年内削峰补枯现象;1950—2010年宜昌站多年平均输沙量为4.34×10~8t,汉口站为3.59×10~8t,大通站为3.90×10~8t,泥沙主要来源于上游流域.而年际间年输沙量从20世纪80年代开始出现下降,尤其2003年三峡水库建成后输沙量出现锐减,宜昌站年平均输沙量降为0.54×10~8t,汉口站为1.17×10~8t,大通站为1.52×10~8t,汛期输沙量减少更明显,而且不同粒径组的悬沙输沙量出现不一致的下降,这与中下游河床和岸滩沉积物再浮悬泥沙及湖泊补给的泥沙组成有关.对悬沙不同粒径组的输沙量与径流量之间建立散点关系图,表明D≥0.1 mm泥沙粒径组的线性关系较好,而全沙粒径组尤其是细颗粒组相关性较差,符合河流动力学的相关理论.本研究成果对认识近年来人类活动干扰下的长江流域水沙变化有着重要的现实意义.     

基于近似投影的水平分层调度译码算法

基于交替方向乘子法（ADMM）的线性规划（LP）译码模型因其不会出现错误平台和具有最大似然认证的优点,广受译码研究者的关注。目前大多数ADMM算法采用的是泛洪调度策略（FL）,该算法存在译码收敛速度过慢的问题。基于水平分层调度的交替方向乘子法的低密度奇偶校验（LDPC）码译码算法能够加速译码收敛速度,然而目前水平分层调度算法中的投影算法采用的为精确投影算法,复杂度较高。针对该问题,文中将近似投影算法和水平分层调度算法结合,提出基于近似投影的ADMM水平分层调度译码算法以提高译码的性能。仿真实验表明,相比其他算法,本文提出的算法的译码性能可提升0.1~0.3dB,迭代次数可降低约19%~40%,平均译码时间可减少大约21%~65%。     

基于动态规划法的调水工程闸泵切换优化调度方案

针对跨流域调水工程运行线路中经验型闸泵切换启闭形式的问题，选取位于山东省德州市中心城区潘庄引黄灌区马颊河左岸辛店闸至沟盘河水库整条线路为研究区域，基于动态规划的正向递推法，以调水线路经济最优、调水最快为目标函数分别建立2个调水过程模型；利用Python语言对2个调水过程模型进行计算，确定不同运行阶段的闸泵切换方式、开启时刻及开启时长，得到流量与水位相结合的经济优且调水快的闸泵切换优化调度方案。结果表明，沟盘河水库初始水位为影响总运行费用及总调水时间的主要因素，闸泵切换优化调度方案可使运行费用降低20%,总调水时间缩短8%,提升了调水线路的经济效益与运行效率。