夏季典型风场下引江济太工程对贡湖湾水动力特征的影响_王文康.pdf
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1、第 卷第期 年月水电能源科学 :夏季典型风场下引江济太工程对贡湖湾水动力特征的影响王文康,徐世凯,赵金箫,丁文浩,王勇,(南京水利科学研究院,江苏 南京 ;水利部太湖流域水治理重点实验室,江苏 无锡 )摘要:为探究引江济太工程对贡湖湾水动力特征的影响规律,以贡湖湾为例,基于太湖风生流物理模型分析了夏季典型风场下不同风速和望虞河引水流量作用时对贡湖湾的水动力特征影响范围和湾内垂向流速、平面环流分布的影响规律。结果表明,望虞河引水流量的变化对贡湖湾水动力特征的影响范围主要在近区和中区,对大太湖影响较小;引江济太工程的实施能显著改变近区和中区内望虞河出口轴线上的垂向流速分布特征,但对交界断面处垂向流
2、速分布特征无影响;贡湖湾内平面环流特征受风速和引水流量的共同影响,风速和引水流量的变化对平面环流的面积、位置和形状影响显著。研究结果可为评价引江济太工程对贡湖湾水环境的影响提供水动力方面的理论支撑。关键词:引江济太工程;贡湖湾;风生流;水动力;物理模型中图分类号:;文献标志码:文章编号:()收稿日期:,修回日期:基金 项 目:中 央 级 公 益 性 科 研 院 所 基 本 科 研 业 务 费 专 项 资 金 项 目(,);江苏省水利科技项目()作者简介:王文康(),男,硕士研究生,研究方向为水力学及河流动力学,:通讯作者:徐世凯(),男,博士、教授级高级工程师,研究方向为环境水力学,:1引言引
3、江济太工程的实施有效增加了枯水期进入太湖及河网的优质水资源量,为太湖水源地及太浦河正常供水创造了条件,满足了航运等用水需求,保障了秋冬季节供水安全。贡湖湾是引江济太工程的主要受水区,水动力特征受引江济太工程影响最大。水动力作用是研究湖体底泥再悬浮、藻华生长和物质输移扩散的重要因子,目前,关于调水引流和湖泊水动力作用的研究众多,王震基于 模型模拟引江济太背景下贡湖湾的水动力特征,揭示了贡湖湾的水动力特征随着流量、风速、风向等因子的改变有不同响应;吕永政等在研究风生流对贡湖湾水环境影响过程中指出湖流结构受风生流影响明显;等通过建立 环境动力学模型,引入水龄概念研究引江济太工程对湖泊中溶解物质迁移的
4、影响,得出引江济太最经济流量为 。鉴此,本文基于太湖风生流物理模型研究了夏季典型风场下不同风速和望虞河引水流量条件对贡湖湾水动力特征的影响范围,以及对垂向流速和平面环流的影响规律,以期更好地解释引江济太工程实施对贡湖湾水动力特征的影响机理。2研究方法2.1太湖风生流物理模型太湖风生流物理模型平面尺寸为 ,水平比尺为:,垂直比尺为:,模型遵循重力相似准则,流量比尺、流速比尺、时间比尺、糙率比尺、风速比尺分别为 、。模型模拟范围包括太湖湖区、条主要出入湖河流河口及 座岛屿,模型采用接力式风生系统模拟自然风场,共布置 个送风断面,相邻断面间距为,送风断面覆盖整个模型湖区,见图。该风生系统各断面间风场
5、连续性强,可模拟东南和西北两个方向均匀风场。2.2太湖风生流物理模型验证2.2.1验证点位为验证太湖模型与原型水动力条件相似,在原型与模型上选取相对应的点位,测量在相同工况作用下风场、流场的相似性,试验共选取个测图风生系统示意图 量点位,见图。2.2.2测量方法()风 场 观 测。原 型 风 场 观 测 仪 器 使 用 便携式气象站,风速量程为,测量精度为,仪器输出的风场数据为 内的平均风场结果。气象站架设于水面以上。后续分析使用的风速均为转化至水面 处的标准风速,转化方法为:()()()式中,为仪器实际观测的风速;为水体表面粗糙度,取 ;为仪器架设高度,取。模型风场观测采用 热线式风速仪,风
6、速量程为,在 ,一个标准大气压下测量精度为,仪器输出结果为 内平均风速。()流场观测。原型流场观测采用声学多普勒流速剖面仪(),仪器测量精度为,测量盲区为 ,测量间距为 ,采样频率为 次。模型流速测量采用声学多普勒点式流速仪(),量程选择,测量精度为,测量频率为 次。2.2.3验证结果()风场验证。原型观测时间为 年月日 月 日,共,寻找原型中持续时间较长(至少),风向较为稳定的东南风场,得到有的风场符合验证要求,其风速与风向统计结果见表。这的日平均风向均接近东南风风向 ,最大偏差仅,可认为与模型风向一致。表稳定东南风风场日平均值 日期日平均风速()日平均风向()()流场验证。测量风速、下模型
7、与原型中个对应点位处垂向流速,得到原型观测的垂向流速验证数据点组,、点各组。结果表明,不同工况下模型与原型垂向流速相关性系数均大于 ,说明模型与原型流速观测结果吻合程度较高。2.3试验方案以太湖风生流物理模型中贡湖湾为例,模拟、恒定东南风向,望虞河引水流量为、时引江济太水流对贡湖湾水动力特征的影响范围和贡湖湾内流速垂向分布特征、平面环流分布特征。试验共设置了个工况,见表,每个工况测点布置见图。试验采用电磁流量计和闸阀控制望虞河引水流量。采用声学多普勒点式流速仪()测量流速,量程选择,垂向流速测点布置见图。表引江济太工程试验方案设计 工况风速()望虞河引水流量()工况风速()望虞河引水流量()图
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