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鸭子荡水库泥沙淤积的数值模拟分析及调沙方案研究

2020-12-10阅读(646)

鸭子荡水库泥沙淤积的数值模拟分析及调沙方案研究

论文摘要

泥沙淤积是危害水库正常使用寿命重要影响因素之一,尤其在上游水流挟沙较大的地区,大量的泥沙随水流进入水库,会降低水库的有效库容,影响水库的正常运行,抑制水库经济社会效益的发挥。本文研究对象为宁夏鸭子荡水库,承担着宁东地区的主要供水任务。为了更好的保证水库的正常运行,以及供水和兴利作用的发挥,分别采用MIKE21、MIKE11模型,对其入库泥沙输移和冲淤进行数值模拟计算。通过一、二维模型计算结果的互相验证和对比实测数据,验证模型合理性,分析结果得到泥沙在库区的淤积规律,并预测水库后期运行的淤沙状况,针对不同水位条件下水库在输水渠道和库区的淤沙状况,提出合理的优化方案,为后期鸭子荡水库的运行决策、优化调度提供依据。主要的研究内容及成果如下:(1)运用数理统计方法,计算分析鸭子荡水库已有水文资料,得到水库来水输沙量大小及时空分布规律。通过资料整理,在原始地形资料的基础上分别通过MIKE21和MIKE11建立二维和一维数学模型,设定定解条件,计算一期水库淤积形态与悬沙分布,计算水位与实测水位对比验证水动力模块的模型准确性,计算地形并与实际测量地形相对比,主要关注泥沙落淤位置,泥沙分布形态,地形高程变化,悬沙分布以及出口含沙量,并对比分析库容变化量,验证模型合理性。(2)在一期模拟计算基础上,设计水库来水输沙为正常和最大两种工况。一维模拟计算时效快,因此运用MIKE11对水库后期运行60年进行模拟计算。根据一二期工程的设计洪水位区间,计算在不同的定水位的运行条件下,输水渠道和库区的泥沙落淤量和落淤位置。因一维计算结果为断面平均值,不能细化分析泥沙的淤积范围和最高淤积位置,因此结合二维模型模拟分析。通过二维模型计算后期运行20年的泥沙在库区的淤积状况以及未落淤的悬沙在库区的分布。由于鸭子荡水库主要承担供水任务,重点关注出口的水质,是否满足供水需求。同时,也根据一二维模型的计算结果进行对比,进一步验证模型的准确性。(3)为了保证水库正常运行供水以及有效库容,需要控制水库的来水输沙条件,使输水渠道保持入流畅通。因此根据预测计算不同定水位条件下水库输水渠道和库区的淤积状况结果,提出优化水库运行调度的方案:一是在高输沙浓度月份,降低水库运行水位,即加大输沙效率;二是在高输沙月份高水位运行,使泥沙落淤,低输沙月份降低水库运行水位进行冲沙。最终通过各种方案的比选,根据水库运行的要求,推荐最佳的水库运行调度的方案。

论文目录

  • 摘要
  • abstract
  • 1 绪论
  •   1.1 研究背景及意义
  •   1.2 国内外研究综述
  •     1.2.1 水动力数值模拟发展及研究现状
  •   1.3 本文的研究内容及技术路线
  •     1.3.1 主要研究内容
  •     1.3.2 技术路线
  •   1.4 MIKE软件的介绍
  •   1.5 本章小结
  • 2 水库水沙运动数值模拟理论
  •   2.1 水库一维水沙运动模型
  •     2.1.1 一维浅水方程
  •     2.1.2 一维泥沙运动方程
  •   2.2 水库二维水沙运动模型
  •     2.2.1 二维浅水方程
  •     2.2.2 二维泥沙输运方程
  •   2.3 本章小结
  • 3 鸭子荡水库一期工程运行模拟及模型验证
  •   3.1 鸭子荡水库一期工程运行状况
  •     3.1.1 水库工程概况
  •     3.1.2 水库水文特性
  •     3.1.3 水库进出口水量
  •     3.1.4 水库进出口泥沙
  •   3.2 一维水沙模型模拟计算及分析
  •     3.2.1 数值模拟范围及断面设置
  •     3.2.2 定解条件
  •     3.2.3 模拟结果及分析
  •   3.3 二维水沙模型模拟计算及分析
  •     3.3.1 几何模型的建立
  •     3.3.2 网格划分
  •     3.3.3 多年运行水位分析
  •     3.3.4 水动力模拟结果
  •     3.3.5 泥沙模拟结果
  •   3.4 本章小结
  • 4 鸭子荡水库二期工程预测计算及结果分析
  •   4.1 一维水沙模型预测计算及结果分析
  •     4.1.1 数值模拟范围及断面设置
  •     4.1.2 水库在定水位运行时的淤积状况分析
  •     4.1.3 水库在定水位运行时的取水口含沙量分析
  •   4.2 二维水沙模型预测计算及结果分析
  •     4.2.1 鸭子荡水库二期泥沙运动与淤积分析
  •     4.2.2 鸭子荡水库二计算地形对比
  •   4.3 本章小结
  • 5 鸭子荡水库调沙运行方案研究
  •   5.1 调沙方案的拟定
  •   5.2 不同运行方案渠道淤积分析
  •   5.3 不同运行方案的库区淤积分析
  •   5.4 最优方案取水口沙量分析
  •   5.5 本章小结
  • 6 结论与展望
  •   6.1 结论
  •   6.2 展望
  • 致谢
  • 参考文献

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 祁媛媛

    导师: 李国栋,刘文

    关键词: 泥沙淤积,悬沙分布,数值模拟,水力特性,水库

    来源: 西安理工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 地球物理学,水利水电工程

    单位: 西安理工大学

    分类号: TV145

    总页数: 115

    文件大小: 4392K

    下载量: 239

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