水库水温三维模型的应用

水库水温计算方法综述
杨学倩;朱岳明
【期刊名称】《人民黄河》
【年(卷),期】2009(031)001
【摘要】简要阐述了水库水温的研究意义及其影响因素,介绍了国内外多种水库水温计算方法,并对各种方法的优缺点及适用性进行了比较评价.认为数学模型可在一定程度上弥补经验法的不足,用于研究水库水温,效果较好;采用三维动力学模型进行水温模拟是未来发展的趋势.
【总页数】3页(P41-42,66)
【作者】杨学倩;朱岳明
【作者单位】河海大学,水利水电工程学院,江苏,南京,210098;河海大学,水利水电工程学院,江苏,南京,210098
【正文语种】中文
【中图分类】TV213.4
【相关文献】
1.浅谈水库水温计算方法 [J], 王冠
2.水库水温模拟研究综述 [J], 王雅慧;李兰;卞俊杰
3.水库水温数学模型研究综述 [J], 戴凌全;戴会超;王煜
4.水库水温计算方法探讨 [J], 蒋红
5.简述水库水温预测计算方法 [J], 鞠石泉;苏怀智;侯玉成;严良平
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

数学建模在水利工程设计中的应用随着科技的不断发展,数学建模在各个领域都得到了广泛的应用。

在水利工程设计中，数学建模也起到了重要的作用。

本文将探讨数学建模在水利工程设计中的应用，并分析其优势和挑战。

一、数学建模在水利工程设计中的作用1. 水流模拟数学建模可以对水流进行精确的模拟和预测。

通过建立适当的数学模型，可以分析水流的速度、流量、压力等参数，帮助工程师更好地设计水利工程，并降低工程风险。

数学模型可以通过计算机软件进行模拟，从而更加直观地展示水流的变化情况，为工程决策提供科学依据。

2. 洪水预测和防治洪水是水利工程设计中需要特别关注的问题。

通过数学建模，可以将历史洪水数据和气象数据等输入模型，预测未来洪水的发生概率和强度。

基于模型的预测结果，工程师可以有针对性地设计洪水防治措施，减少洪水带来的损失和影响。

3. 水资源管理数学建模可以帮助实现水资源的合理分配和管理。

通过对水资源的供需情况进行模拟和优化，工程师可以制定出更加科学合理的水资源管理方案，提高水资源的利用效率。

数学建模还可以根据地理信息、水文数据等来评估水资源的储量和分布情况，为水利工程设计提供依据。

二、数学建模在水利工程设计中的优势1. 减少试错成本水利工程设计往往涉及到大量的试验和观测，耗费时间和金钱。

通过数学建模，可以在实际工程建设之前对方案进行模拟和优化，减少试错成本。

数学模型可以快速、精确地预测工程效果和可能出现的问题，有助于工程师制定更加合理的设计方案。

2. 提高效率和精确度数学建模可以通过计算机软件进行快速计算和模拟，提高设计过程的效率。

与传统的手工计算相比，数学建模可以更加精确地计算各种参数和变量的关系，为工程设计提供更准确的结果。

同时，数学建模还可以进行多场景、多参数的模拟，全面评估方案的可行性和稳定性。

三、数学建模在水利工程设计中的挑战1. 模型选择在数学建模过程中，选择合适的模型是一个重要的挑战。

水利工程设计涉及到多个因素和变量，模型的复杂性和精确度需要权衡。

收稿日期：2021-05-31；网络首发时间：2021-09-29网络首发地址：http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20210929.1104.001.html基金项目：水利部公益性行业科研专项（201501025）；国家重点研发计划项目（2018YFC1508403）；国家自然科学基金项目（51979291，52009144）；中国水科院科研专项（HY110145B0012021，HY0145B032021）；流域水循环模拟与调控国家重点实验室自由探索课题（SKL2022TS04）作者简介：杨开林（1955-），教授级高级工程师，主要从事冰水力学研究。E-mail：

水利学报SHUILIXUEBAO2022年1月第53卷第1期

文章编号：0559-9350（2022）01-0020-11冰期明渠水温模型

杨开林（流域水循环模拟与调控国家重点实验室，中国水利水电科学研究院，北京100038）

摘要：正确模拟明渠水温是分析冰情及优化调蓄水库布局的基础。基于历史气象资料，本文提出了水体与大气热交换的线性化模型和非线性模型，这些模型包含了太阳辐射、长波辐射、蒸发和对流热交换等主要因素。建立了水体与混凝土衬砌渠道热交换的参数化模型，考虑了衬砌结构、导热性能和地温等因素的影响。在此基础上，建立了明渠一维流动水温模型，提出了水温发生变化的临界气温判据，然后利用特征线方法解析得到明渠水温的递推数值计算公式，提出了均匀流条件下水温由正转负的临界长度公式，分析了气温、渠道进口水温、地温和太阳辐射等对临界长度的影响，最后，通过典型算例比较了非线性热交换模型和线性热交换模型对临界长度的影响。关键词：明渠；水温；大气热交换；衬砌热交换；临界气温；临界长度中图分类号：TV143文献标志码：Adoi：10.13243/j.cnki.slxb.20210483

1研究背景

一旦寒区输水明渠水温低于0℃时，水体中就会产生冰，因此正确的水温模拟是分析冰问题的基础。大型明渠输水工程一般采用混凝土衬砌渠道输水，影响水温的主要因素，除了水面与大气的热交换外，还有水体与渠床衬砌的热交换。在河冰发展过程的数值模拟中，一般不考虑水体和河床的热交换，对于明流，只考虑水面与大气的热交换。目前，水体与大气的热交换计算一般采用国际著名冰工程专家Ashton［1］和沈洪道［2］的线性化模型，即明渠水面的净热通量ϕsa=-hsa()Tw-Ta。其中：hsa为水面与大气的热交换系数，Tw为水温，Ta为气温。河渠与大气的热交换非常复杂，涉及到太阳辐射、地面与大气的长波辐射、水面蒸发和对流的热交换。杨开林［3］研究了冰期河湖与大气的非线性热交换模型及热交换系数hsa的确定方法，结果表明线性热交换模型只是一种特例。此外，不考虑河床对水温的影响，也可能导致计算与实际存在较大偏差。Jobson［4］和茅泽育等［5］假设河床土壤为均质介质，下层表面绝热，土壤表面温度与近底层表面的水温相同，采用数值求解非稳态导热微分方程的方法，研究了河床与水体热交换对水温的影响。结果表明对于封冻浅水河道，特别是昼夜水温变化较大的河道，水体与河床的热交换对水温的影响较大。存在的问题是，目前缺乏有关水体与河床热交换模型参数化的研究。南水北调中线工程是主要采用混凝土衬砌明渠输水的跨流域长距离大型输水工程，基于前期理论计算分析［6-7］，采用了冰盖下输水的模式，正常输水流量小于设计流量的30%。自2014年全线正式通水以来，在中线工程中进行了连续多年的冰情原型观测［8-10］。结果表明：除2015—2016年度极端寒潮期冰情严重外，其它冬季以暖冬为主，例如2019—2020年冬季，日平均气温-0.5~-2.7℃，最低气温-7.3~-14.7℃，水温变化范围0.82～8.5℃，各测站断面平均水温2.97～5.34℃，实测最低水温值

第3期2018年3月广东水利水电GUANGDONG WATER RESOURCES AND HYDROPOWERNo. 3Mar. 2018FLOW- 3D模型在鱼道工程水力特性模拟上的应用诸N(广东省水利电力勘测设计研究院，广东广州510635)摘要：鱼道可显著改善堤、坝等建筑物阻碍鱼类洄游的现状，本文结合了具体的实际工程，根据对比分析竖缝式鱼道的流态、流速等水力特性，对FLOW-3D数值模型进行验证，并进行了网格无关性分析计算，结果表明，FLOW-3D数 值模型与物理模型试验吻合度较好。

完全可以运用FLOW-3D数值模拟进行鱼道工程的计算。

关键词！竖缝式鱼道；数值模拟；流速中图分类号：S956. 3* TV135 文献标识码：A 文章编号：1008 -0112(2018)03 -0015 -04类 来，为自身的生存和$3修水利工程 类 的经济效益 ，巧本身的 却在不同程度 忽视，造成了阻隔，水 的改变和 连通性的 ，阻了鱼类上溯的洄游通道，甚至导致了某些洄游鱼类的 灭绝[1<。

为 护鱼类资源，提出鱼道等过鱼建筑。

鱼道，也称为鱼梯，是一种使洄游性鱼类能在各 种水利工程中（如水电站，水闸等）实 溯洄游的设[5]。

鱼道按 构可分为池堰式鱼道、槽式鱼道、隔板式鱼道和特殊结构式鱼道[6]。

隔式鱼道又分为淹 式鱼道、式鱼道 合式鱼道3种*[2]。

式鱼道是一种池式鱼道，因稳定、对水位 的适 、过鱼效率高等技术优势，国内得到了广泛的工程 ，我国近期建设的鱼道工程 采 这种布 式[7-8]。

鱼道内水 的决定了一个鱼道的设计是 功。

因此，鱼道修建前要对鱼道的水力特性进行分析研究。

由于对鱼道 进行 模型试验分析的成本过高，因此提出数值模拟的分析方法，效的 本预算，且方修改整便捷。

值模拟的计 果准确 是进行成功模拟的关键，因此，本文结合鱼道实际工程，采 模型试验值模拟结果进行对，对FLOW-3D值模型进行验证，果吻合度较高，则可采用FLOW - 3D数值模拟进行鱼道工程的计算，从而降低成本。

基于EFDC模型的小浪底水库水温研究赵一慧;逄勇【摘要】In order to reduce negative effects on the downstream agricultural production and aquatic lives due to low-temperature water discharging from Xiaolangdi Reservoir,it is important to accurately predict the stratified water temperature distributions before the high dam.In this paper,the water temperature model of Xiaolangdi Reservoir was established by using the EFDC model and simulated in three typical hydrological years.The simulation results showed that the water temperature stratification in the reservoir area under the three conditions was not obvious in November,December,January,February and March,and the difference between the upper and lower water temperatures was within 1 ℃.From April to October the water temperature in the reservoir was obviously stratified,and the variation of the water temperature in the lower layer was smaller than that of the upper layer.Especially in July,the difference between the upper and lower layers was almost12 ℃.Xiaolangdi Reservoir has a good water temperature stratification after completion,and the water temperature gradually decreases with the increase of water depth.The results showed that the EFDC model is ideal for simulating the water temperature stratification in front of the dam.%准确预测小浪底水库的坝前水温分布对减免水库下泄低温水对下游灌区农作物和水生生态环境造成不利影响有重要意义.利用EFDC模型建立了小浪底水库水温模型,分3种工况(丰水年、平水年、枯水年)对小浪底水库水温进行模拟.模拟结果表明,3种工况下库区坝前水温在11月、12月、1月、2月、3月无明显分层现象,上下层水温相差在1℃之内;4月至10月水库水温出现分层现象,上层年内变幅大,下层年内变幅小;尤其7月份,上下层水温相差可达到l2℃左右;小浪底水库建成后垂向有较好的水温分层,水温随着水深的增加逐渐降低.将模拟计算的水温结果与实测水温值进行对比分析,结果表明,EFDC模型用来模拟库区坝前水体的水温分层情况比较理想.【期刊名称】《四川环境》【年(卷),期】2017(036)004【总页数】8页(P24-31)【关键词】小浪底水库;EFDC模型;水温;垂向分层【作者】赵一慧;逄勇【作者单位】河海大学浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室,南京210098;河海大学环境学院,南京210098;河海大学浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室,南京210098;河海大学环境学院,南京210098【正文语种】中文【中图分类】V697.21水库的兴建改变了河道的形态，从而影响了水温的分布。

水动力学模型在水生态系统研究中的应用研究水动力学模型是一种用物理学、数学、计算机科学和工程学的知识来描述流体的运动和力学特性的模型。

在水生态系统研究中，水动力学模型被广泛应用，以评估水体质量，优化水资源管理和监测水生态系统。

一、水动力学模型的种类水动力学模型可以分为物理模型、统计模型和数值模型。

1. 物理模型物理模型基于物理规律，通过实验设计来描述水体的运动和化学特性。

物理模型要求条件苛刻，需要大量的实验设计和设备，因此使用较少。

2. 统计模型统计模型是基于水体生态系统的历史数据和分析结果建立预测模型。

统计模型不需要知道水体的物理特性，只需要使用过去的数据和分析方法即可得到预测结果。

统计模型特别适用于短期预测和水体管理的实景应用。

3. 数值模型数值模型是一种用方程组和计算机模拟来描述水体的运动和化学特性的模型。

数值模型可以更好地处理水体运动的复杂性和化学反应的数学模型。

数值模型是最常用和最有效的水动力学模型。

二、水生态系统研究中水动力学模型的应用水动力学模型可以帮助研究人员为水生态系统中的生态系统提供优质的水源。

它可以对地表水循环和地下水循环进行细致的监测，帮助科学家确定和量化水体的流动和循环。

这些研究可以用来评估水资源的可行性和确定供水方案。

水动力学模型可以评估水质。

通过流体力学的原理，研究人员可以分析水中的各种污染物质。

他们使用水动力学模型来预测污染物的动态行为和分布，以便量化和区分污染物的程度和类型。

水动力学模型还可以用于分析沉积物的分布和质量，以了解污染物如何稳定在沉积物中以及如何在水体中运输。

水动力学模型可以帮助人们了解水环境下的动植物群落。

通过分析水流、水位和水温等变量，研究人员可以建立生态模型，探究生态系统中的各种动植物是如何在不同的水流条件下存活和繁殖的。

水动力学模型还可以预测未来的水生态系统变化，为环保决策提供指导。

三、结论水动力学模型在水生态系统研究中发挥着至关重要的作用。

它们帮助环保工作者评估河流、湖泊和海洋的水质，预测气候变化对水文循环的影响，定量分析污染物的分布和浓度，探究生物群落和其他生态系统如何随着时间和环境变化而变化。

水库水温分层及其规律探讨
水库水温分层是指水库中不同深度的水温呈现出明显的分层现象。

这种分层现象是由于水体的密度差异所导致的，密度较大的冷
水通常位于深层，而密度较小的暖水则位于表层。

水库水温分层的
规律受到多种因素的影响，包括季节变化、日夜温差、水体流动等。

首先，季节变化是影响水库水温分层的重要因素之一。

在夏季，由于日照辐射作用，水体表层受热而温度升高，而深层水温相对较低，形成明显的温度分层。

而在冬季，水体表层温度下降，深层水
温相对较高，也会形成分层现象。

这种季节性的水温变化会影响水
库生态系统的稳定性和水质。

其次，日夜温差也对水库水温分层产生影响。

在白天，受到阳
光照射，水体表层温度升高，而夜晚表层水温下降，导致水体温度
的垂直分布发生变化。

这种日夜温差引起的水温变化也会影响水库
中的生物生态环境。

另外，水库水温分层还受到水体流动的影响。

水库中的水流动
会扰动水体，破坏温度分层，使得水温分布发生变化。

特别是在水
库的进出水口附近，水流的搅动会使温度分层变得不稳定。

总的来说，水库水温分层是一个复杂的动态过程，受到多种因素的综合影响。

了解水库水温分层及其规律对于水库水质管理、生态环境保护具有重要意义。

因此，需要通过实地观测和数值模拟等手段来深入研究水库水温分层的形成机制及其规律，为水库管理和保护提供科学依据。