水库水温数学模型及其应用-陆俊卿

水库水温数学模型及其应用陆俊卿1,2,张小峰2,强继红3,梅志宏3,杨芳丽2,董炳江2(11环境保护部华南环境科学研究所,广州510655;21武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉430072;31中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院,昆明650051)摘要:对标准k-E紊流模型进行浮力修正,建立了剖面二维及三维水库水温计算的浮力流模型并采用已建漫湾水库库区实测水温资料对模型进行了检验。将检验后的模型应用于瓯江滩坑水库的水温分布预测研究中,其中采用剖面二维模型进行全库水温分布预测,并为坝前三维模型提供进口边界;采用三维模型对近坝段水流结构以及水电站下泄水温进行精确模拟,从而实现下泄水温的精确模拟。根据计算结果,分析了水库建成后下泄水温与天然水温的差异,对比了各典型年不同电站开机组数和不同电站取水口高程条件下水库下泄水温的差别,为该电站取水口高程和机组运行方式的制定提供了一定的参考依据。关键词:环境水力学;水库水温;数学模型;浮力流k-E模型;下泄水温中图分类号:X143文献标识码:ANumericalmodelfortemperaturesimulationofwaterinreservoirLUJunqing1,2,ZHANGXiaofeng2,QIANGJihong3,MEIZhihong3,YANFangli2,DONGBingjiang2(11SouthChinaInstituteofEnvironmentalScience,Guangzhou510655;21StateKeyLaboratoryofWaterResourceandHydropowerEng.Sci.,WuhanUniversity,Wuhan430072;31KunmingHydroelectricInvestigation,DesignandResearchInstitute,Kunming650051)Abstract:Basedonthestandardk-Emodel,thevertical2-Dand3-Dbuoyantflowmodelforsimulatingthewatertemperatureindeepreservoirisdeveloped.ThedevelopedmodelverifiedbythemeasureddataofManwanreservoirisusedtopredictthewatertemperatureinTankengreservoir.Withtheboundaryconditionprovidedbyvertical2-Dmodel,3-Dwatertemperaturemodelisadoptedtopredictthetemperatureofdischargedwater.Thesimulatedwatertemperatureindifferenttypicalyearsiscomparedwiththewatertemperatureundernaturalcondition.Theresultscanassistinthedecisionofwaterintakeelevationandoperationofgeneratingunitsandreservoirmanagementforprotectionoftheaquaticenvironment.Keywords:environmentalhydraulics;watertemperatureinreservoir;mathematicalmodel;buoyantflowmodel;temperatureofdischargedwater收稿日期:2007-03-21基金项目:科技部/973计划0(2003CB415203)作者简介:陆俊卿(1979)),男,博士研究生.E-mail:ljqyl@yahoo.com.cn0引言水温是水环境中最重要的影响因子之一,水的物理、化学性质以及水生生物、农作物对水温均比较敏感。水库建设作为开发利用水资源中最常见的工程措施,在带来巨大经济社会效益的同时,也改变了天然河流的径流过程以及热交换过程,引起水体温度分布以及生态环境变化。由于水库水温对库区水的利用,大坝安全以及坝下游河道的水生物繁殖和生态平衡等方面都有重要影响,因此准确模拟和预测水库的水温分布规律以及水电站下泄水温过程具有重大的工程意义。为预测水库建设后水库水温的变化情况,国内外许多学者进行了大量的研究取得了一定的成果。水温预测方法大致可分为两类:经验法和数学模型法。经验法研究较早,发展较为成熟,具有简单实用的优点。数学模型第27卷第5期2008年10月水力发电学报JOURNALOFHYDROELECTRICENGINEERI