水壩泄水溶解氣體過飽和規(guī)律及減緩技術(shù)研究

目錄
1　水壩泄水溶解氣體過飽和研究概述　1
1.1　引言　1
1.2　水體中溶解氣體過飽和的危害　2
1.2.1　氣泡病癥狀及危害　2
1.2.2　不同溶解氣體的致病作用　4
1.3　魚類對過飽和氣體的探知和躲避能力　5
1.3.1　水平躲避能力　5
1.3.2　水深補償作用與垂向躲避能力　6
1.4　魚類對過飽和TDG的耐受性規(guī)律　8
1.4.1　魚類耐受性與TDG過飽和暴露條件的關(guān)系　8
1.4.2　不同魚類對TDG過飽和的耐受性差異　10
1.4.3　魚類不同生長階段對過飽和TDG的耐受性差異　11
1.4.4　魚類對過飽和TDG的耐受性標準　12
1.5　水壩泄水溶解氣體過飽和規(guī)律研究的歷史沿革　12
1.5.1　溶解氣體過飽和生成過程研究　12
1.5.2　過飽和溶解氣體釋放過程研究　14
1.6　溶解氣體過飽和減緩技術(shù)的發(fā)展　15
1.6.1　工程措施　15
1.6.2　調(diào)度措施　16
1.6.3　重點區(qū)域生態(tài)功能利用措施　16
1.7　發(fā)展動態(tài)分析　16
2　氣體溶解與溶解氣體過飽和現(xiàn)象　18
2.1　空氣組分與各組分氣體的溶解度　18
2.1.1　空氣組分　18
2.1.2　空氣中各組分氣體在水中的溶解度　19
2.1.3　環(huán)境條件對氣體溶解度的影響　21
2.2　溶解氣體過飽和的概念　23
2.2.1　溶解氣體飽和度　23
2.2.2　溶解氣體過飽和　25
2.2.3　總?cè)芙鈿怏w過飽和　26
2.3　自然界溶解氣體過飽和現(xiàn)象　27
2.3.1　水溫突升　27
2.3.2　光合作用　28
2.3.3　地下水開采　28
2.3.4　冰凍作用　28
2.3.5　海洋波浪作用　28
2.3.6　瀑布跌水　28
2.3.7　水壩泄水　29
2.4　天然水體中不同氣體組分飽和度之間的關(guān)系　31
2.5　水體中溶解氣體含量的分析與測量方法　33
2.5.1　溶解氧　33
2.5.2　溶解氮　35
2.5.3　總?cè)芙鈿怏w　36
2.6　小結(jié)　37
3　水壩泄流消能與過飽和TDG生成機制　38
3.1　水壩泄流消能型式　38
3.1.1　底流式消能　39
3.1.2　挑流式消能　42
3.1.3　面流式消能　42
3.1.4　其他消能型式　44
3.2　高壩泄流消能與溶解氣體過飽和特點　48
3.2.1　高壩泄流消能特點　48
3.2.2　高壩泄流溶解氣體過飽和特點　50
3.3　過飽和溶解氣體生成機制　51
3.3.1　摻氣對過飽和溶解氣體生成影響的試驗研究　51
3.3.2　承壓對過飽和溶解氣體生成影響的試驗研究　62
3.3.3　高壓摻氣條件下過飽和溶解氣體生成過程研究　64
3.3.4　含沙量對過飽和TDG生成影響的試驗研究　73
3.4　TDG過飽和水流的生成裝置　74
3.4.1　產(chǎn)生TDG過飽和水流的高壓釜裝置　75
3.4.2　水體總?cè)芙鈿怏w過飽和生成及其對魚類影響研究的裝置　75
3.5　小結(jié)　76
4　泄水過飽和TDG生成模型　77
4.1　泄水過飽和TDG經(jīng)驗關(guān)系　77
4.2　泄水過飽和TDG水動力學解析模型　78
4.2.1　Roesner壩面溢流溶解氮氣解析模型　78
4.2.2　Johnson壩面溢流動力學解析模型　83
4.2.3　挑流泄水過程解析模型　86
4.2.4　挑流泄水傳質(zhì)動力學模型　92
4.3　泄水過飽和TDG紊流數(shù)學模型　99
4.3.1　基于氣泡正態(tài)分布的過飽和TDG兩相流模型　99
4.3.2　基于紊動摻氣的過飽和TDG兩相流模型　106
4.4　過飽和TDG生成水平與泄流消能型式的關(guān)系討論　118
4.5　小結(jié)　119
5　水體中過飽和TDG釋放機制　120
5.1　天然水體過飽和TDG釋放動力學過程　120
5.2　天然水體過飽和TDG釋放系數(shù)分析　123
5.3　過飽和TDG釋放系數(shù)與復(fù)氧系數(shù)的關(guān)系分析　124
5.3.1　試驗裝置及方法　124
5.3.2　試驗結(jié)果分析　125
5.3.3　采用替代釋放系數(shù)引起的誤差分析　126
5.4　過飽和TDG釋放系數(shù)的確定方法研究　128
5.4.1　水深對過飽和TDG釋放過程的影響　128
5.4.2　紊動對過飽和TDG釋放過程的影響　129
5.4.3　基于水動力學條件的釋放系數(shù)計算方法研究　129
5.5　環(huán)境條件對過飽和TDG釋放過程的影響　132
5.5.1　初始飽和度　132
5.5.2　水溫　132
5.5.3　風速　137
5.5.4　含沙量　140
5.5.5　壁面介質(zhì)　144
5.6　小結(jié)　152
6　過飽和TDG輸移釋放模型　153
6.1　河道縱向一維過飽和TDG輸移釋放模型　153
6.1.1　模型方程　153
6.1.2　模型驗證　155
6.2　交匯區(qū)深度平均平面二維過飽和TDG輸移釋放模型　157
6.2.1　模型方程　157
6.2.2　模型驗證　158
6.2.3　模型應(yīng)用　159
6.3　深水庫區(qū)寬度平均立面二維過飽和TDG輸移釋放模型　161
6.3.1　模型方程　161
6.3.2　模型驗證　163
6.3.3　模型應(yīng)用　166
6.4　壁面介質(zhì)影響的三維過飽和TDG輸移釋放模型　169
6.4.1　模型方程及源項　169
6.4.2　模型驗證　170
6.5　小結(jié)　172
7　引水發(fā)電對過飽和TDG的影響研究　174
7.1　引水發(fā)電系統(tǒng)概況　174
7.2　引水發(fā)電對過飽和TDG影響的原型觀測研究　175
7.3　引水發(fā)電對過飽和TDG影響的模擬分析研究　176
7.3.1　引水通道內(nèi)溶解氣體飽和度變化分析　176
7.3.2　水輪機內(nèi)溶解氣體飽和度變化分析　177
7.3.3　尾水管道中溶解氣體飽和度變化模擬　177
7.4　發(fā)電尾水與泄流的過飽和TDG摻混作用研究　178
7.4.1　數(shù)學模型　178
7.4.2　發(fā)電調(diào)度對過飽和TDG分布的影響模擬　179
7.5　小結(jié)　181
8　過飽和TDG減緩措施研究　183
8.1　低流量水流的TDG過飽和處理措施　183
8.1.1　虹吸法　183
8.1.2　填料柱　184
8.2　減緩泄水TDG過飽和的工程措施　185
8.2.1　導(dǎo)流坎　185
8.2.2　消能墩　188
8.2.3　階梯溢流壩　193
8.3　減緩泄水TDG過飽和的調(diào)度措施　200
8.3.1　合理協(xié)調(diào)發(fā)電與泄水流量　200
8.3.2　優(yōu)選泄水建筑物　201
8.3.3　分散泄水方式　206
8.3.4　非連續(xù)泄水方式　209
8.4　重點區(qū)域生態(tài)功能利用　214
8.4.1　交匯區(qū)生態(tài)功能利用　215
8.4.2　局部區(qū)域曝氣　220
8.5　小結(jié)　229
參考文獻　230
主要符號表　242
附錄　248