磨盘山水库水温分布规律数值模拟研究

论文摘要

水库蓄水带来了防洪、发电、灌溉,供水等综合效益,同时也引起了河流水文、泥沙、生态等各方面的环境影响,随着社会经济的发展,大量工业废水和城市污水未经处理排入河流、水库,超过了水体的自净能力,河流,水库污染日益严重,影响着人类的生存和发展。水温是水质的一个重要影响因素,因此进行水库水温分析和预测,是水库环境评价、规划、治理和管理的基础,计算成果将有非常重要的意义。磨盘山水库位于拉林河上游,拉林河是松花江右岸的一级支流,流域总面积19200km2。除供水外,磨盘山水库兼有防洪、灌溉及其它综合利用效益。磨盘山水库正常蓄水位318m,坝高45m,相应的水库总库容355.92×106m3,调节库容为292.95×106m3。水库的建成将改变库区及大坝下游河段的水文情势和水环境状况,进而对水库下游河段的灌溉和生活用水产生重大影响。因此,对磨盘山水库的流场和水温进行模拟研究,对于工程的环境保护和工程的管理及运行有重要意义。本文以水环境模型中的水动力模型为研究的侧重点,选择由美国国家环保署资助开发的EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)为研究工具,对其组成结构及基本理论进行分析与阐述。河道型水库可以视为垂向深度远大于水平面宽度。本文以磨盘山水库为模拟对象,使用EFDC进行非恒定流状态水动力模拟。模拟结果显示,磨盘山水库在全年都处于分层状态,4月垂向温差较小,6、7月份分层最明显,至9、10月份出现秋季翻滚,垂向掺混加强,库底水温变化平缓。又根据丰水期,枯水期和平水期的水温分布作了进一步研究发现,水库的温度分层对取水口和输水洞的位置都有影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.1.1 水库的环境问题
• 1.1.2 水库水温分层
• 1.1.3 本文研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 国外研究概况
• 1.2.2 国内研究动态
• 1.2.3 水库水温的研究方法
• 1.2.4 水库模型计算软件包
• 1.3 哈尔滨磨盘山水库概况
• 1.3.1 流域情况
• 1.3.2 磨盘山水库工程
• 1.3.3 环境概况
• 1.3.4 本文主要研究内容
• 第2章 水动力学数值模型
• 2.1 数学模型
• 2.1.1 控制方程
• 2.1.2 水动力学定解条件
• 2.1.3 数值离散方法
• 2.1.4 计算条件
• 2.2 水动力方程的坐标变换
• 2.3 本章小结
• 第3章 EFDC 的功能结构及基本理论
• 3.1 EFDC 概述
• 3.2 EFDC 的基本结构
• 3.2.1 EFDC 的输入文件
• 3.2.2 EFDC 的输出文件
• 3.3 EFDC 的数值解法
• 3.4 本章小结
• 第4章 磨盘山水库流场计算
• 4.1 库区空间概化
• 4.2 模型的描述与控制
• 4.2.1 模型的初始条件
• 4.2.2 模型的边界条件
• 4.3 计算方案
• 4.4 计算结果及其分析
• 4.5 流场对水质的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 温度场模拟
• 5.1 水温对水库的影响
• 5.2 资料分析
• 5.3 计算条件
• 5.3.1 计算工况及对应的初始条件
• 5.3.2 网格划分
• 5.3.3 模型验证
• 5.4 计算结果及分析
• 5.5 水温分布对水库下泄水的影响
• 5.6 水温对水质的影响
• 5.7 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢