参数率定方案对水温数值模拟结果的影响-论文.pdf

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1、第4期水利水运工程学报No．42014年8月ANDENGD哑RINGAug．2014参数率定方案对水温数值模拟结果的影响刘肖，陈青生，魏小旺(1．河海大学水利水电学院，江苏南京210098；2．浙江省钱塘江管理局勘测设计院，浙江杭州310016)摘要：建立了立面二维水动力一水温模型，运用建库前天然河道及邻近区域同类型水库两组不同实测资料对模型进行参数率定。根据这两组计算参数分别模拟了验证时段内D水库水温分布，以及A水库库区水温变化过程。数值模拟结果表明，存其他条件保持一致的情况下，天然河道及邻近区域同类型水库资料均可用于数值模拟参数的率定，将两组验证参数用于实际计算时，所得结果表现出

2、相同的规律，但具体数值存在一定差异。分析认为，邻近区域同类型水库资料验证更符合实际情况，故在此类水库水温的数值模拟中，应尽量选择邻近区域同类型水库资料作为验证资料，若在条件不足的情况下，相关的天然河道资料也可以作为参考。关键词：参数率定；水库水温；数值模拟中图分类号：TV697．21文献标志码：A文章编号：1009—640X(2014)04—0082—05大型水库建成后，库区内水深增加，水体流速减小，水体热量输运过程随之发生变化，使得水温分布结构发生变化，库区水温分布及下泄水体的水温不同于天然河道，对下游的水环境会产生一定影响。因此，国内外学者对模拟及预测水库水温进行了大量的研究。张

3、士杰等总结了我国水库水温研究现状及存在问题，并提出了今后的发展趋势；胡平等介绍了目前工程中预测水库水温分布的主要方法，并采用水库水温数值分析软件，对二滩水库和锦屏一级水库水温进行数值预测。数值模拟方法是预测水温的一种常用方法，而对所建数学模型的参数率定是数值模拟过程中很重要的一个步骤，参数的选择是否合适，直接关系到计算结果的准确性和可靠性。然而，水温预测研究工作一般是在水库尚未建成前进行，往往难以获得水库实测资料，一般可以采用邻近区域同类型水库或者天然河道的相关实测资料对模型参数进行率定。目前对两种模型参数的率定方式的对比分析研究较少。本文以西北地区某A水库为例，采用立面二维水动力一

4、水温数学模型“，利用天然河道水温(方案1)及邻近区域D水库水温(方案2)两种不同的验证方案对模型分别进行了验证，经过参数率定，得到两组不同的模型计算参数，在保证其他条件一致的情况下利用这两组计算参数模拟计算4水库水温，并对数值计算结果进行了对比分析。水库水温数学模型的建立水库水温分层主要发生在垂向，水面风速、风向作为影响水体热交换重要因素，其分布在河道纵向上需要加以考虑，结合水库规模(坝前水深、水面面积、水面宽度和回水长度等)及调节性能，对于本文所研究的狭长型水库确定采用沿横向积分的立面二维的水动力水温数学模型。立面二维水动力一水温数学模型主要控制方程如下，方程定义河道走向为轴，垂向

5、垂直于河道为。轴，横向垂直于河道为Y轴。OUBOWB连续方程：a+a：(、1)_OUBOUUB0WUB动量方程：～++——：sin+gc。s一Ota-Oz。。一Ox(2)Pjnd。cP等dxPOx+POz收稿日期：2013—12—09作者简介：刘肖(1988一)，女，湖南岳阳人，硕士研究生，主要从事工程水力学研究。E-mail：liuxiao_1224@163．COID第4期刘肖，等：参数率定方案对水温数值模拟结果的影响831OPgcos~一——_：0(3)Poz状态方程：P=999．8452594+6．793952×10一9．095290×10T：+1．001685×10一T：一1

6、．120083×10r4+6．536332×10T：(4)自由水面方程：Ot=出一(5)OBDzOcI)OWB@物质输移(温度)方程：++一Ox一⋯日OtOxazazl、式中：为水温；U，W为流速在水平方向和垂直方向上的分量；B为水面在Y方向上的宽度；P为压力；为重力加速度；tr，为方向和方向上的切应力；p为密度；为水位；O／为底坡；Ux为支流流速的分量；g为单位宽度上的流量；q为每单位体积横向人流／出流中的温度或组分质量流量；为温度或组分浓度，D为纵向温度或组分分散系数，D为垂向温度或组分分散系数；5为横向平均的源／汇项(本文计算中无横向人流／出流及源／汇项，故取值为0)。上游人流

7、边界给定逐月来流流量、水温，出流边界给定水库逐月下泄流量；水气交界面给定月平均气温、风速风向、云量等。初始条件分两次设定，首次计算初始条件给定计算起始时刻水位，初始温度分布为计算起始时刻平均来流水温，经一个完整周期的计算得到稳定结果后，采用首次计算的结束时刻结果作为正式计算的初始条件。本文选用有限差分法对控制方程进行离散求解，得出式(1)～(6)中的，，T，P，P和共6个变量。采用交错网格系统解决压力梯度和连续方程的离散困难。2模型验证模型验证的目的主要在