来流变化条件下溪洛渡水库生态调度期水温分层特性研究

为探明来流变化条件下溪洛渡水库生态调度时的水温垂向分布特性,运用水温现场监测和CE-QUAL-W2模型对水温进行数值模拟的研究方法,基于实测地形和水文等数据建立溪洛渡库区的立面二维水温模型,模拟了水库在2021年1月15日—4月30日的水温动态变化过程,重点分析了生态调度期(3—4月)库区的立面二维水温分布规律及不同泄水口高程对下泄水水温的影响。结果表明：溪洛渡水库坝前水温于3月中旬开始出现温差,3月下旬表底最大垂向温差为2.02℃,垂向温度梯度在0.10℃/m以内。4月上旬、下旬水库表底最大垂向温差分别为2.41和2.81℃,垂向温度梯度在0.15℃/m以内。通过比较无叠梁门、1层叠梁门两种泄水运行工况得出,当设置1层叠梁门稳定运行时水库的平均下泄水水温提高了0.13℃。本研究可为溪洛渡水库后续的水温生态调度试验提供科学依据。     

三峡水库水温变化特性及影响分析

三峡水库为年调节大型水库,蓄水后改变了原有天然河道形态,同时也改变了河道径流的年内分配,引起河道水温发生了一定的变化。基于2014年4~5月监测断面垂向水温数据和库区多年水文站网水温实测数据,分析了蓄水后库区及坝下宜昌河道水温变化的特点及影响因素,进而研究了水温变化对下游水生生态的影响。实测结果表明:三峡水库坝前水温分层现象不稳定,水库下泄水流在低温水层以上,水库蓄水对下游宜昌河道水温有一定增温效应和时空上滞后迟变现象,使四大家鱼和中华鲟产卵繁殖时间出现推迟。研究结果可为今后开展生态补偿调度提供一定参考。     

基于拉曼散射的分布式光纤测温系统应用研究

传统的水库水温监测将大坝上游坝面混凝土内部的点式温度测值近似为库水温度,存在一定的误差,且测点数量有限。基于拉曼散射的分布式光纤测温系统具有抗电磁干扰、抗腐蚀、电绝缘、高灵敏度、低成本以及可实现空间上连续分布测量等优点。从光时域反射、拉曼散射及散射光解调原理等方面研究了基于拉曼散射的分布式光纤测温系统的测温原理,并将该系统应用于长江三峡水利枢纽坝前库水温度监测中,对分布式光纤的布置、安装及观测等展开了研究。库水温度监测成果显示,三峡水库坝前库水温度沿水深方向的分布没有明显的分层现象,库水温度随气温变化而变化,最高库水平均温度约27℃,发生在8月,最低库水平均温度约10℃,发生在2月。基于拉曼散射的分布式光纤测温系统在三峡水利枢纽中的成功应用,表明该技术可以较好地应用于高坝大库的库水温度监测,具有一定的推广应用价值。     

分布式光纤测温远程控制在溪洛渡大坝中的应用

当采用多台分布式光纤测温主机对混凝土坝多坝段进行实时在线温度监测时,若人工提取测温主机的监测数据,势必削弱分布式光纤测温主机在线测温和实时监测的优势。对多坝段、多台分布式光纤测温主机远程控制系统进行了研究,结合建设中的溪洛渡特高拱坝,采用VB开发平台上的Winsock和Timer控件,将3台测温主机与服务器连接起来构成小型局域网,初步实现了分布式光纤测温远程控制。工程实践表明,该系统可以满足在测温过程中数据的实时采集及监控,为混凝土坝温度的光纤实时在线监测提供了有利的技术保证。     

糯扎渡水电站水库坝前垂向水温预测与实测数据对比分析

糯扎渡水电站水库总库容237.03亿m~3,蓄水后形成澜沧江流域最大水库,使上下游水体水温较天然河道发生改变。根据环评批复要求,糯扎渡水电在建设期通过电站进水口分层取水研究,预测了水库水温结构和分布,在电站投运后开展了水库垂向水温的持续监测,验证了水库水温数值预测结果。对比分析了水库坝前垂向水温预测与实测数据,为进一步修订和完善电站进水口分层取水叠梁门运行调度方式奠定了基础。     

季调节深水大库全库区全年水温结构的模拟验证

应用环境流体动力学模型EFDC，以多年实际运行的二滩水电站水库水温实测资料为基础，对季调节峡谷深水型水库全库区、全年的水温结构变化进行模拟验证。结果表明，应用EFDC的水温数值模型，包括其水温垂向双指数衰减的内部传导模式、由紊动能量及紊动长度双输移方程为基础的垂向扩散模式等，较好地捕捉到了二滩水电站水库全库区纵向及垂向的水温分布，及其在季节气候、水库调度耦合作用下的变化特征。敏感性分析计算表明，夏季库区垂向双温跃层结构模拟的关键在于水体内部水温传导模式的选取及对由水库调度所形成的库区垂向流场的精细模拟。在此基础上，本模拟研究较好地揭示了在高温高辐射及水库泄洪联合作用下，垂向双温跃层结构的形成及发展过程。     

溪洛渡、向家坝库区及坝下水温分布特性及成因分析

为研究库区及坝下水温分布情况,以溪洛渡、向家坝水库为研究对象,从2016年8月至2017年7月对其进行连续性的水温监测,分析了其表层水温和垂向水温的变化特性及成因。初步研究结果表明:各断面表层水温的特征值主要体现在年内的变化,水温和气温具有较好的正相关性;坝体附近断面,坝下断面表层水温要明显低于坝上断面;两库区近坝段的溪洛渡坝上和向家坝坝上两断面水温分层现象最为显著,通常表现为春、夏季分层显著,秋季分层较弱,冬季基本呈等温分布。该研究可为梯级电站的分层取水和生态调度提供重要依据。     

紫坪铺水库水温预测研究

采用立面二维κ-ε水温模型对紫坪铺水库水温进行了预测，结果显示水库在全年都处于分层状态。2月垂向温差最小，约为1．5℃，7月和8月分层最明显，垂向温差最大，可达17℃．水库下泄水温过程明显改变，有明显的滞温现象．由于库区水温结构和下游水温过程都有明显的改变，库区和下游生态环境可能会受到影响．     

泥沙异重流影响下的水库垂向水温分布预测模拟

水库水体异重流的变化是影响水库水温分布最为关键的因素之一。本文以黄河上游刘家峡水库为例,建立考虑泥沙异重流影响的三维水库水温模型,利用已有水库水温分布监测数据对模型进行验证。在考虑有无泥沙异重流影响的条件下,对水库汛期库区垂向水温分布进行预测和比较。模拟结果显示,在不考虑来流含沙时,库区垂向水温分布始终为典型分层型,按实际含沙来流计算时,库区垂向水温分布随着水沙量增大而呈现从分层型转化为混合型分布的变化,泥沙异重流是造成夏季水库水温成混合型的主要原因,只有考虑泥沙异重流的影响才能正确预测多沙河流上水库水温的变化规律。     

分层型水库水温水质耦合模型研究及其应用

水库水温分层不仅对水库水质的降解过程产生影响,更重要的是通过对水库流场的作用进一步影响库区水质分布,并对下泄水质产生影响,因此对分层型水库的水质模拟必须考虑水温分层影响.建立了宽度平均的立面二维水温水质耦合模型,采用建立的数学模型对某拟建水库水温水质进行了模拟.结果表明,分层型水库库区水质受温度场、流场影响明显,存在垂向分层、纵向差异等现象.研究成果可为水库水环境影响评价及保护提供参考.     

温度分布式及裂缝监测的光纤传感技术在三峡工程中的应用

三峡工程采用了光纤分布式测温系统。通过对其左岸电厂14号坝段浇筑过程中混凝土水化热的释放过程的监测研究表明，优选的光纤分布式温度测量系统安装方便，可快捷、准确地检测到坝体混凝土结构内部温度场的变化，有利于大坝的健康诊断和安全运行。在三峡工程泄洪16号坝段上游面垂直裂缝处布置和安装光纤测缝计的成活率为100％，监测表明，裂缝一直趋于闭合(受压)，速率缓慢、平稳，逐渐趋于稳定。光纤测缝计同白光光纤信号调节器相连接，形成了绝对测量的光纤测缝系统，连接、检测均比较方便。     

分布式光纤监测系统在混凝土坝的研究与应用

传统大坝坝体温度测量一般使用电类温度传感器,存在信息量少,难掌握坝体内部温度场的变化等问题。为此,研究和论证适合测温的分布式光纤传感技术,并根据碾压混凝土坝温控监测的常用方法,结合先进的分布式光纤传感技术在乐昌峡水利枢纽工程的应用,通过与常规温度监测系统热电偶的对比,着重讨论了分布式光纤测温系统在碾压混凝土大坝温度测量中的可行性和先进性,同时展望分布式光纤温度监测技术在安全监测其他领域的应用前景。     

拉西瓦拱坝混凝土温度监测中的分布式光纤技术应用研究

分布式光纤传感技术越来越广泛地应用于火灾报警、电力火灾监控、温度测量、油气井温度监测等方面,近年来在水利水电工程混凝土温度监测、结构变形、渗流、应力应变监测上也在逐步推广和应用.结合拉西瓦水电站工程,利用分布式光纤传感技术实时监测坝体混凝土温度,对监测资料进行了分析并做了比较系统的应用研究.     

分布式光纤温度传感技术在水电工程中的应用研究

详细分析了分布式光纤温度传感技术在水电工程中的应用.首先,在介绍分布式光纤温度传感系统与测温原理基础上,分析了该技术能用于水电工程诸多方面的可行性.其次,介绍了该技术在渗漏监测方面的应用,给出了监测不同水工建筑物渗漏时的光纤布置方案与监测方案;通过监测实例介绍了如何利用该技术监测水库库水温度;依托实际工程,研究了该技术在混凝土坝施工过程中温度监控时光纤布设所遵循的原则和埋设的基本方法.最后,通过理论分析,提出了利用该技术监测河流断面流速的基本思路与测量方法.     

分布式光纤测温系统在混凝土温度监测的应用

景洪电站大坝内铺设了接近6 km的分布式测温光纤,规模属国内之最。文章介绍了本工程不同混凝土层面测温光缆的铺设方式,并对如何控制光缆的拐弯半径、空间定位等埋设经验进行了总结。特别是在目前国内没有相应规范参考的前提下,首创地提出了对特殊结构形式测温光缆的温度率定和伸长率检验方法。对分布式光纤测温系统实测大坝混凝土温度的真实性、温度变化规律、不同层间温度分布及温度“峰值”等进行了分析和研究。实测成果表明分布式光纤测温系统能快捷、准确的监测大坝混凝土结构内部温度场的变化,为有效评价大坝安全和稳定提供可靠的科学依据。     

糯扎渡水电站叠梁门试运行期实测水温与数值模拟水温对比分析

为尽量发挥分层取水措施的生态效益和电站的经济效益,将糯扎渡水电站叠梁门试运行期实测水温与数值模拟水温进行对比,发现:(1)2015年、2016年4—8月坝前库区实测的表层水温与数值模拟的表层水温有-16%~29%的偏差;(2)糯扎渡电站坝前库区实测水温分层状况和数值模拟结果一致,属全年分层型,但试运行期间水温分两层的时段约为4个月,水温分层厚度与数值模拟的分层厚度存在差异,而且4—8月中、上层的实测水温高于数值模拟水温;(3)数值模拟预测过高地预判了电站汛期水库蓄水位,从而过高地估计了4—8月的下泄水温影响,过低地预测了分层取水措施的升温效果;(4)设计推荐的叠梁门运行调度方案总体可行,但可能偏保守。根据上述对比分析结果,建议充分利用实测水温数据,对叠梁门设计进行效果评估,进一步优化分层取水措施设计并完善叠梁门运行调度方案。     

山口岩水库水温计算及其对下游河道水温影响分析

对山口岩水库水温分布、水库泄水温度状况及坝下游河道水温沿程变化作了预测,结合灌区工程布置及灌溉农田的基本情况,对水库兴建后水温对下游农田灌溉的影响进行分析评价,结果表明:库区水温结构属典型的分层型;在坝址至半山水汇入口6km长的河段水温回升较慢,年平均水温温升率为0 414℃/km,对应的左岸直灌区和锡陂灌区沿程水温在水稻生育期的月平均值低于水稻生长所需的最低水温,需采取调温措施;在坝址下游10km断面,由于受袁河支流半山水汇入影响,各月平均水温与建库前天然水温相差不超过0 3℃,能满足农田灌溉的要求。最后从工程设计、水库调度运行、灌溉方式等方面提出了对策措施。     

基于矩法的高拱坝实际温度荷载反馈

温度荷载是拱坝的主要设计荷载之一,与封拱温度、环境气温、库水水温等关系密切,实际温度荷载难免与设计温度荷载存在一定差异,传统点式温度计监测数据信息量少,难以进行合理有效的拱坝温度荷载反馈。结合溪洛渡特高拱坝典型坝段分布式光纤顺河向实测温度,基于矩法进行高拱坝实际温度荷载反馈,即采用多项式表示等效温度,根据等效温度的各阶矩与分布式光纤顺河向实测温度相应的各阶矩相等,确定多项式的系数,进而得到等效温度的分布。分析表明,现有规范采用的全截面线性化等效温度仅是非线性等效温度在一次矩等效时的特例,通过计算2阶和3阶矩等效温度,获得坝段截面非线性温度分布,更加全面反映高拱坝从封拱灌浆到水库正常运行期间坝体温度的调整过程,可为拱坝设计提供有益的技术补充。     

基于分布式光纤测温技术的堤坝渗漏监测

渠道堤坝普遍存在渗透变形及渗漏破坏等工程问题,传统大坝及岸堤安全监测技术测点分散、容易漏测。在介绍分布式光纤测温技术原理的基础上,通过室内试验和现场原型试验,开展了分布式光纤测温技术方法比选、测量精度和稳定性分析、渗漏监测及分析方法、常规监测技术对比分析、工程实践应用等研究,论证了分布式光纤测温技术应用于堤坝渗漏监测的可行性和适用性。布里渊测温系统受温度和应变影响,测值波噪明显,光纤埋设及保护要求较高,拉曼测温系统可测得绝对温度,其测温稳定性及精度均优于布里渊测温系统;加热法和梯度法监测渠道堤坝渗漏在技术上均可行;分布式光纤测温技术具有监测距离长、空间分辨率高、远程线性测量等特点,在渠道堤坝渗漏监测实践应用中具有显著的技术优势。