水 力 学 与 水 利 信 息 学 进 展 2009 * 糯 扎 渡 水 库 流 场 及 水 电 站 下 泄 水 温 三 维 数 值 模 拟 张 少 雄 高 学 平 张 晨 ( 天 津 大 学 天 津 市 卫 津 路 92 号 300072 shaoxiong-zhang@163.com) 摘 要 为 减 免 水 电 站 下 泄 低 温 水 对 下 游 河 段 生 态 环 境 的 影 响 , 糯 扎 渡 水 电 站 进 水 口 拟 采 用 分 层 取 水 叠 梁 门 方 案 。 应 用 EFDC 建 立 了 糯 扎 渡 水 电 站 水 动 力 及 下 泄 水 温 三 维 数 值 模 型 , 在 已 知 水 库 水 温 分 布 的 条 件 下 , 针 对 不 同 的 叠 梁 门 运 行 方 式 , 数 值 模 拟 了 典 型 丰 水 年 十 二 个 月 份 的 下 泄 水 温 及 库 区 流 场 。 模 拟 结 果 表 明 , 叠 梁 门 四 种 运 行 工 况 , 主 库 区 取 水 层 流 场 相 同 , 进 水 口 附 近 取 水 层 流 场 不 同 ; 进 水 口 叠 梁 门 方 案 分 层 取 水 对 提 高 下 泄 水 温 有 较 明 显 的 作 用 , 叠 梁 门 挡 水 高 度 越 高 , 下 泄 水 温 提 高 的 幅 度 越 大 。 关 键 词 糯 扎 渡 水 电 站 ; 叠 梁 门 ; 分 层 取 水 ; 下 泄 水 温 ; 三 维 数 值 模 拟 水 库 的 兴 建 , 形 成 了 巨 大 的 停 滞 水 域 , 由 于 太 阳 辐 射 和 水 的 理 化 特 性 , 造 成 同 原 来 天 然 河 流 完 全 不 同 的 水 域 环 境 , 水 温 沿 水 深 呈 明 显 的 季 节 性 分 层 分 布 。 水 库 采 取 传 统 的 底 层 方 式 [1] 取 水 , 会 降 低 下 游 河 道 的 水 温 , 对 下 游 河 道 生 态 环 境 带 来 不 利 影 响 。 因 此 , 探 索 新 型 的 取 水 方 式 对 保 护 下 游 河 道 生 态 环 境 具 有 重 大 意 义 。 本 文 结 合 糯 扎 渡 水 电 站 进 水 口 分 层 取 水 叠 梁 门 方 案 , 针 对 不 同 叠 梁 门 运 行 工 况 , 数 值 模 拟 典 型 丰 水 年 水 库 流 场 及 水 电 站 下 泄 水 温 , 探 讨 流 场 、 叠 梁 门 挡 水 高 度 与 下 泄 水 温 的 关 系 。 1 糯 扎 渡 水 电 站 概 况 糯 扎 渡 水 电 站 工 程 是 云 南 省 澜 沧 江 中 下 游 水 电 站 规 划 “ 两 库 八 级 ” 方 案 中 的 第 二 库 第 五 级 , 库 容 巨 大 。 水 温 分 析 预 测 成 果 表 明 , 水 库 水 温 将 出 现 稳 定 分 层 现 象 。 根 据 环 保 方 面 的 需 要 , 为 减 免 下 泄 低 温 水 对 下 游 河 段 生 态 环 境 的 影 响 , 糯 扎 渡 水 电 站 进 水 口 拟 采 用 分 层 取 水 叠 梁 门 方 案 。 1.1 叠 梁 门 运 行 方 式 叠 梁 门 整 体 挡 水 高 度 分 成 四 挡 , 根 据 水 库 水 位 的 变 化 , 具 体 运 行 方 式 见 表 1。 表 1 叠 梁 门 运 行 方 式 取 水 方 案 水 库 水 位 (m) 叠 梁 门 运 行 方 式 叠 梁 门 高 度 (m) 门 顶 高 程 (m) 第 一 层 取 水 803.0 以 上 3 节 门 叶 挡 水 38.04 774.04 第 二 层 取 水 803.0~790.4 2 节 门 叶 挡 水 25.36 761.36 第 三 层 取 水 790.4~777.7 1 节 门 叶 挡 水 12.68 748.68 第 四 层 取 水 777.7~765.0 无 门 叶 挡 水 0 736.0 1.2 水 库 水 温 分 布 糯 扎 渡 水 库 水 温 资 料 依 据 北 京 水 科 院 的 水 库 水 温 预 测 数 值 分 析 成 果 ( 糯 扎 渡 水 电 站 分 层 取 水 水 温 预 测 数 值 分 析 研 究 报 告 , 中 国 水 利 水 电 科 学 研 究 院 ,2008)。 典 型 丰 水 年 水 库 水 温 * 项 目 资 助 : 国 家 自 然 科 学 基 金 (50879054); 博 士 点 基 金 (200800560042); 云 南 省 科 技 计 划 项 目 (2006GG19) 50
第 一 部 分 环 境 与 生 态 水 力 学 分 布 如 图 1。 水 温 (℃) 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 高 程 (m) 810 800 790 780 770 760 750 740 730 720 710 700 690 680 670 660 650 640 630 620 610 600 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 图 1 典 型 丰 水 年 水 库 水 温 分 布 2 数 学 模 型 2.1 EFDC 数 值 模 型 EFDC(ENVIRONMENTAL FLUID DYNAMICS CODE) 是 由 John M.Hamrick 开 发 的 三 维 计 算 模 型 , 该 计 算 模 型 包 括 水 动 力 模 块 、 水 质 模 块 、 泥 沙 及 重 金 属 模 块 , 可 对 河 流 、 湖 泊 、 海 湾 、 河 口 、 湿 地 等 不 同 空 间 尺 度 的 水 流 、 水 温 、 泥 沙 、 水 质 进 行 一 维 、 二 维 、 三 维 模 拟 。EFDC [2] 目 前 已 是 美 国 水 环 境 模 拟 与 评 价 的 主 要 研 究 工 具 , 在 美 国 应 用 已 有 一 百 多 例 。 2.2 控 制 方 程 连 续 方 程 : ( mz ) ( m y Hu) ( m x Hv) ( mw) + + + t x y z = Q H 动 量 方 程 : ( mHu) ( m y Huu) ( m m x Hvu) ( mwu) y + + + - ( mf + v t x y z x = -m y ( gz + p) H - m x y h H p 1 ( - z ) + ( m x x z z H A v u ) + Q z u (1) mx - u ) Hv y (2) 51
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