利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的方法技术

本发明专利技术属于湖库水生态改善与修复技术领域，公开了一种利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的方法，通过水库的日调节调度过程引起水库干流形成重力波，并在支流库湾诱发高频的水流振荡现象；通过水流振荡过程导致库湾水位具有高频的波动特征，间歇性的增大或降低库湾水体流速；通过周期性的高频振荡过程造成水体间歇性的混合，引起水温的高频波动，进而实现抑制水温分层的作用。本发明专利技术通过调节水电站的下泄流量，产生坝前水位波动，引发干流重力波，进而诱发支流库湾形成高频的水流振荡现象。本发明专利技术能有效改善深水湖、库的密度层化特性，相对于目前常用的分层取水、扬水曝气等工程措施，具有操作简单、易于实现、且效果明显等优点。果明显等优点。果明显等优点。

【技术实现步骤摘要】
利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的方法


[0001]本专利技术属于湖库水生态改善与修复
，尤其涉及一种利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的方法。

技术介绍

[0002]目前，河道筑坝成库后热力学条件发生明显改变，出现季节性热分层现象是湖库中最基本的物理过程。一般而言，湖库中垂向剖面水温结构自上而下包括变温层、温跃层和滞温层。温跃层上下水体密度差异较大，可阻碍上下层水体物质的混合交换，对水体的溶解氧、营养盐的垂向分布会产生重大影响，进一步引发水华爆发或者黑臭水体等水质恶化问题。因此，打破湖库水体的热分层成为缓解和改善湖库水质、水华等生态环境问题的重要途径。
[0003]对于湖库热分层背景下的水体缺氧、水质恶化、水华暴发、以及低温水下泄等生态环境问题，目前主要通过工程措施，如采用分层取水、扬水曝气、水库调度等方法，其主要目的是加强水体垂向掺混、打破水温分层，增大物质的垂向输移和补给，起到缓解水温分层所引起的生态缓解问题。但目前，这些措施都无法改变库区大体积水域温度分层状况、不能改善库区大范围水体的生态环境，以往的水库生态调度也多基于中、长的水位调度过程，并没有考虑日调节调度的生态环境效益。
[0004]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0005](1)现有工程措施，如扬水曝气等，不适用大型深水水库，对大体积水体水温分层改善效果较差，且工程成本较高。
[0006](2)以往的水库生态调度多基于中、长期的水位调度过程，并没有考虑和利用日调节调度的生态环境效益。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的方法。
[0008]本专利技术是这样实现的，一种利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的方法，所述利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的方法包括：通过调节水电站的下泄流量(突然增大或降低)，产生坝前水位波动，引发干流重力波，并诱导支流库湾形成高频的水流振荡水动力现象，进而实现抑制水库热分层的作用。
[0009]进一步，所述利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的方法还包括：利用表面重力波的产生与传输机理，结合水库的日调节调度，激发支流库湾产生高频的水流振荡；在水流振荡过程中，伴随着高频水位波动，越靠近库湾末端水位波动幅度越大，同时使库湾水体流速间歇性的增大或降低，形成间歇性的掺混作用，造成水温出现高频的波动，进而减缓库湾的水温分层。
[0010]进一步，所述利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的方法包括以下
步骤：
[0011]步骤一，水库日调节过程中出库流量突然增大或减小首先会驱动库首水位波动，其水位波动大小与出库流量的改变量和坝前水位密切相关。坝前水位波动进而以重力波形式向库区上游传播，期间重力波振幅会不断发生变化，相位也会逐渐滞后。重力波振幅的变化受到多方面因素的影响，包括底摩擦、地形变化、与上游或支流水体相互作用等。其中底摩擦和支流作用会不断耗散波能，导致振幅降低；但上游地形的束窄会使波能发生汇聚，从而增高振幅；
[0012]步骤二，在干流重力波的影响下，支流河口水位的周期性升高或降低会引起干流水体周期性进入或流出库湾。以干流水位上升为例，干流水体进入支流库湾并向上游流动，在上游河道束窄的影响下，沿程水位逐渐升高，流速逐渐减低，水体动能逐渐转化为势能。随后，势能再转化为动能，水位逐渐降低、流速先增大后减小，水体逐渐流出库湾。然后在支流河口又反射回去，形成周期性的往返运动。同样，河口重力波水位降低的过程也会引起支流库湾同样的往返运动。但由于支流河口和干流相连，受干流大体量水体影响，河口水位变化基本可以忽略不计，而支流库湾越靠近上游水位波动越大。干流重力波背景下的水位周期性升高或降低，将形成潮汐式吞吐流，是引起支流库湾水体往返运动的驱动力，维持着支流库湾形成持续性的水流振荡过程；
[0013]步骤三，水流振荡过程中水体高频的往返运动不仅伴随着水位的高频波动，也导致流速的周期性增大或降低，造成水体混合强度间歇性变化，在水温分层、温度梯度较大的位置引起水温的高频波动。一方面，在振荡过程中，一部分能量在剪切、摩擦的作用下逐渐耗散，转化为水体的内能；另一方面，也加强了水体的运动，引起了异重流界面的上下波动，促进了水体的垂向混合，进而抑制了水温分层的形成。
[0014]进一步，所述利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的方法还包括：所述水流振荡过程中伴随着支流库湾水位的高频波动，水流振荡的波长、周期是支流库湾的固有属性，与库湾水深、库长有关；而水流振荡的强弱与干流出库流量的改变量密切相关；其次，多次振荡过程的相互叠加或者抵消也会增大或较低库湾水流振荡的强度。
[0015]进一步，所述水流振荡过程中水体往返运动的能量、水位振幅会逐渐衰减，但振荡完全衰减之前，干流水位变化引起下一次振荡又被激起，导致支流库湾形成持续性的水流振荡过程。但是，两次振荡被激起的时间间隔决定了库湾水流振荡的强度；相比而言，日内的双峰调节比单峰调节更能形成强烈的水流振荡。
[0016]本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的方法的利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的系统，所述利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的系统包括：与水库干流连接的支流库湾，水库干流上建有大坝；
[0017]水流振荡诱发模块，用于通过水库的日调节调度过程引起水库干流形成重力波，并在支流库湾诱发高频的水流振荡现象；
[0018]库湾水体流速控制模块，用于通过水流振荡过程导致库湾水位具有高频的波动特征，间歇性的增大或降低库湾水体流速；
[0019]水库热分层抑制模块，用于通过周期性的高频振荡过程造成水体间歇性的混合，引起水温的高频波动，进而实现抑制水温分层的作用。
[0020]本专利技术的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的方法的步骤。
[0021]本专利技术的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的方法的步骤。
[0022]本专利技术的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的系统。
[0023]结合上述的技术方案和解决的技术问题，本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
[0024]第一，针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本专利技术的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本专利技术技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的方法，其特征在于，所述利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的方法包括：通过调节水电站的下泄流量，产生坝前水位波动，引发干流重力波，诱发支流库湾形成高频的水流振荡现象，进而实现水库热分层的抑制作用。2.如权利要求1所述利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的方法，其特征在于，所述利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的方法还包括：利用表面重力波的产生与传输机理，结合水库的日调节调度，激发支流库湾产生高频的水流振荡；在水流振荡过程中，伴随着高频水位波动，越靠近库湾末端水位波动幅度越大，同时使库湾水体流速间歇性的增大或降低，形成间歇性的掺混作用，造成水温出现高频的波动，进而减缓库湾的水温分层。3.如权利要求1所述利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的方法，其特征在于，所述利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的方法包括以下步骤：步骤一，通过水库的日调节调度过程引起水库干流形成重力波，并在支流库湾诱发高频的水流振荡现象；步骤二，通过水流振荡过程导致库湾水位具有高频的波动特征，间歇性的增大或降低库湾水体流速；步骤三，通过周期性的高频振荡过程造成水体间歇性的混合，引起水温的高频波动，进而实现抑制水温分层的作用。4.如权利要求1所述利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的方法，其特征在于，所述利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的方法还包括：在河道型水库利用水电站出库流量的日调节特征，在出库流量突然增大或减少的时候，激发坝前水位出现壅高或降低，形成重力波并向水库上游传播，引起干支流库湾河口形成类似假潮的现象；干支流河口水位波动形成潮汐式吞吐流，驱动支流库湾水位波动，并形成高频的水流振荡。5.如权利要求1所述利用水库日调节调度激发水流振荡抑制水库热分层的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙良红，纪道斌，徐慧，赵星星，刘德富，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：