《溫度分層型水庫間層異重流運動規律研究》是依託四川大學，由安瑞冬擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：溫度分層型水庫間層異重流運動規律研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：安瑞冬
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在溫度分層的水庫中，入流在溫差引起的浮力作用下趨向於進入其同溫層，不同流層間發生相對運動形成溫差異重流。而含沙水體入庫後由於重力作用而潛入底部，形成渾水異重流。無論溫差還是渾水異重流，其均是由於密度差異而引起的水體成層流動。但在溫度分層的水庫中，若入庫渾水密度低於底層低溫水時，泥沙擴散及沉降被抑制並形成類似渾水在清水夾層中流動的特殊現象，或稱為“間層異重流”。.溫差、泥沙耦合間層流動導致清渾水分層流動更為明顯，泥沙擴散淤積規律發生改變並影響異重流輸沙規律，而泥沙的沉降和異重流壩前的爬升涌高更改變了壩前穩定的溫度分層結構。這種相互影響造成了複雜的水沙運動規律，成為科學預測水庫環境泥沙必須解決的技術難題。本項目擬採用數值模擬、水槽試驗和原型觀測的方法，分析“間層流動”的產生機理和維持條件，對分層型水庫的低溫水控制效果和異重流淤積、排沙問題進行研究，提出水庫科學調度建議。
結題摘要
大型水電工程修建形成的巨型深水庫，水動力學條件較天然河道差異明顯，入庫後水體流速急劇減緩，重力取代慣性力逐漸占據主導作用。由於水體蓄熱作用，在溫度分層的水庫中，入流在溫差引起的浮力作用下趨向於進入其同溫層，不同流層間發生相對運動形成溫差異重流。而含沙水體入庫後由於重力作用而潛入底部，形成渾水異重流。無論溫差還是渾水異重流，其均是由於密度差異而引起的水體成層流動。但在西南山區低含沙河流且溫度分層的水庫中，若入庫渾水密度低於底層低溫水時，泥沙擴散及沉降被抑制並形成類似渾水在清水夾層中流動的特殊現象，或稱為“間層異重流”。溫差-泥沙耦合間層流動導致清渾水分層流動更為明顯，泥沙擴散淤積規律發生改變並影響異重流輸沙規律，而泥沙的沉降和異重流壩前的爬升涌高更改變了壩前穩定的溫度分層結構。這種相互影響造成了複雜的水沙運動規律，成為科學預測水庫環境泥沙必須解決的技術難題。本項目綜合採用兩相流數值模擬方法構建數學模型、研發了專用試驗系統並開展水槽試驗、在岷江紫坪鋪水庫開展了多次全庫區水溫-泥沙原型觀測，完成了項目的預期研究目標。在研究中著重分析了異重流“間層流動”的產生機理和維持條件，對分層型水庫的低溫水控制效果和異重流淤積、排沙問題進行研究，對耦合作用下壩前三維效應進行分析，提出水庫科學調度建議。項目在研究期內共發表論文12篇，其中SCI論文6篇，EI論文2篇，受項目資助參編專著1本，獲發明專利授權3項，受邀開展國際學術交流3次，國際會議特邀報告1次，培養碩博士畢業生4人，關於水庫原型觀測的技術作為成果“流域梯級水電開發水溫觀測及調控關鍵技術”的重要組成部分，2019年獲中國大壩工程學會科技進步一等獎。成果套用於多個水庫和流域梯級調度中，探索實現保障溫度分層型水庫的低溫水控制效果與排沙減淤效益的最大化問題，是工程泥沙、環境泥沙和水力學領域的交叉前沿課題。
