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三峡水利枢纽控制流域面积100万平方千米,河道穿行于高山及峡谷之中,且有众多支流汇入,沿途地势陡峭。每到汛期,大量垃圾及各种漂污物流至坝前。根据以往工程实践经验表明,大量的漂污物严重影响水电站的正常运行,并且对生态环境、沿江居民的生活均造成严重影响。因此治理三峡水利枢纽近坝区域漂污物成为三峡工程重大技术问题。
本文运用计算流体力学方法,对三峡水利枢纽正常运行期近坝区域的流场及漂污物运移规律进行二维水动力数值模拟,计算结果与物理试验实测结果进行比较后较吻合;对三峡水利枢纽坝前漂污物的运移特性、分布规律及其影响因素和治理漂污物的工程措施进行了研究,为三峡水利枢纽坝前漂污物的治理提供支持。具体研究内容包括:
(1)建立三峡水利枢纽近坝区域二维水动力模型,并经过物理试验实测资料验证数值模型的可靠性和适用性,验证结果表明所建立的数学模型可以满足三峡水利枢纽近坝区域漂污物运移规律的研究要求。
(2)利用示踪粒子模块建立三峡水利枢纽近坝区域的漂污物运移模型,模拟漂污物的运动浓度分布。示踪粒子模块模拟水中漂污物的运移规律理论基础是:水体表面漂污物运移的驱动力来自于水体表层流场,漂污物总表面漂移速度通过表面流场确定,总漂移速度确定之后,通过数值积分计算可以知道漂污物的运动轨迹和浓度。通过与物理试验的模拟结果比对,计算所得漂污物的流态及浓度分布结果较为合理。
(3)研究了漂污物运动场与流场的关系,发现大多漂污物跟随水流中较大流速水质点运动。研究了坝前漂污物运动规律与水位、流量的关系。
(4)研究了枢纽调度对坝前漂污物浓度分布的影响。由于大多数漂污物聚集在右电厂和地下电站前,因此可以通过在电站前设导拦排,使漂污物在地下电站前汇集,再通过其他措施捞漂。计算发现通过增加地下电站运行台数,可以增加电站前漂污物浓度,通过溢流坝泄洪方式的改变亦可增加地下电站前漂污物浓度。
(5)对物理试验提出的美人沱下游向江心设 350-400m 导漂排,蛋子石上游设1100m拦漂排工程措施进行计算,计算结果显示,工程措施可以有效拦截漂污物,措施效果较好。