三峡水库非汛期水动力及水质模拟研究

论文摘要

随着大型水利水电工程的建设,人类能够对水资源进行更加有效的管理和充分的利用,取得了巨大的防洪、发电、航运等效益。但是工程建成后,不可避免的带来了一些生态环境问题。随着时间的发展,在水库的调度过程中将生态因子作为水库调度的重要目标之一。同时由于流体运动的复杂性,传统的物理模型试验已很难满足研究的需要,数值模拟成为研究流体力学方便和强有力的手段。三峡水库建成后,非汛期,三峡水库蓄水至175m,电站采取调峰运行模式。由于库水位提高和调峰运行,改变了天然河道的流态,引起水库生态环境问题。能否通过非汛期日调节调度达到改善水库及主要支流水动力学特性和水质状况成为本文的切入点和重点。本文对三峡工程如何实施“生态调度”进行了初步的探索。本文应用丹麦水力研究所(DHI)研发的MIKE11软件,对三峡水库(至奉节全长约170公里)及五条主要支流进行数值模拟,建立了水动力学模型和水质模型。并通过对模型参数的计算和调整,使模型能准确地模拟该段地形水文情况。同时,通过日调节调度的模拟与分析,对库区及主要支流的水动力学特性和污染物扩散情况加以分析研究,对通过加大水库日调节调度对水库水动力学特性的影响和水质条件的改善作了探讨。本文建立了三峡水库(至奉节)的水动力和水质模型,并通过现有实测资料对模型进行了验证和率定,证明了模型的正确性。对建立此段水动力模型和水质模型的河网概化、断面选择、糙率、水质参数的取值情况等进行了分析,并建立了相关公式。对三峡水库非汛期几种日调节调度方案的模拟分析,对进行日调节后水库及主要支流的水动力特性和水质变化情况进行了分析比较,指出了非讯期通过加大水库日调节调度,使库区及支流的水环境状况得到改善。对改善库区及支流水质是一个有效的途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 河流生态调度理论研究现状
• 1.2.1 国外对生态调度的认识和实践
• 1.2.2 国内对生态调度的认识和实践
• 1.2.3 三峡水库生态调度理论研究现状
• 1.3 河流数值模拟研究现状
• 1.3.1 河网水流和污染物扩散的数学描述
• 1.3.2 河网水动力学模型及其研究进展
• 1.3.3 河网水质模型及其研究进展
• 1.4 本文主要研究内容
• 1.5 研究技术路线
• 第二章 河流一维水动力学和水质模型
• 2.1 河流一维水动力学模型及其计算方法
• 2.1.1 基本原理
• 2.1.2 河网水流计算方法
• 2.2 河网水质模型及其计算方法
• 2.3 MIKE11软件简介及原理
• 2.3.1 MIKE11简介
• 2.3.2 MIKE11特点
• 2.3.3 MIKE11软件原理
• 第三章 三峡水库（至奉节）一维水动力学模型和水质模型
• 3.1 三峡水库自然环境和水质概况
• 3.1.1 地貌气象特征
• 3.1.2 区域水系组成
• 3.1.3 非汛期水质情况及水库运行特征
• 3.2 水库水动力模型
• 3.2.1 研究范围及河网概化
• 3.2.2 河网断面选择
• 3.2.3 初始条件及边界条件
• 3.2.4 糙率n的取值问题
• 3.3 水库水质模型
• 3.3.1 边界条件及初始条件
• 3.3.2 水质参数的选择问题
• 3.4 模型的率定
• 3.4.1 率定资料的选取和结果
• 3.4.2 实测水位和模拟水位结果比较
• 3.5 本章小结
• 第四章 非汛期三峡库区（至奉节）及支流水质的模拟分析
• 4.1 三峡库区（至奉节）水动力特性模拟分析
• 4.1.1 调峰模式及模拟日调度方案的拟定
• 4.1.2 三峡水库来水量和库水位情况的确定
• 4.1.3 模拟结果及分析
• 4.2 三峡库区（至奉节）及支流水质情况分析
• 4.2.1 几种典型工况的确定
• 4.2.2 平水年份主要断面水质情况分析
• 4.2.3 三种工况下主要断面水质情况比较分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 附录 1 MIKE11模型程序说明
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表