Математическое моделирование гидрологических процессов в водохранилищах и нижних бьефах ГЭС на реках Сибири

• Автор: Зиновьев, Александр Тимофеевич
• Шифр специальности: 25.00.27
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 332 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЛЯ ПРОГНОЗОВ 31 ВЛИЯНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА КРУПНЫХ ВОДОХРАНИЛИЩ НА ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ РЕК

1.1 Изменение гидрологического режима рек при

строительстве крупных водохранилищ

1.2 Математическое моделирование физико-химических

процессов в водохранилищах

1.3 Математическое моделирование гидрологического

режима нижних бьефов

1.4 Прикладное программное обеспечение для 47 гидрологических расчетов

2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В 50 ГЛУБОКИХ СТРАТИФИЦИРОВАННЫХ ВОДОХРАНИЛИЩАХ
2.1 Состояние проблемы
2.2 Одномерная вертикальная гидротермическая модель
стратифицированного водохранилища
2.3 Модель селективного оттока воды из водохранилища
2.4 Моделирование вертикального турбулентного обмена с
использованием алгебраических уравнений для напряжений Рейнольдса
2.5 Моделирование роста-таяния ледяного покрова
2.6 Методы численного решения задачи
2.7 Результаты численных расчетов и их обсуждение
2.7.1 Прогноз ледотермического режима крупного горного
водохранилища на р. Катунь
2.7.2 Прогноз ледотермического режима крупного равнинного 97 водохранилища на р. Томь
2.8 Основные выводы по Главе 2

3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОЛЕДОТЕРМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В 106 НИЖНИХ БЬЕФАХ ГИДРОУЗЛОВ
ЗЛ Ледотермические процессы в нижних бьефах гидроузлов
3.2 Модель формирования полыньи в нижних бьефах
гидроузлов
3.3 Модель переноса шуги с учетом ее видового состава
3.4 Методы численного решения задачи
3.5 Апробация численной гидроледотермической модели на
расчетах нижних бьефов действующих гидроузлов
3.6 Прогноз изменения ледотермического режима сибирских 137 рек в нижних бьефах проектируемых гидроузлов
3.6.1 Ледотермический режим р. Катунь в нижнем бьефе
Катунской ГЭС
3.6.2 Формирование полыньи в нижнем бьефе Крапивинского
гидроузла на р. Томь
3.7 Основные выводы по Главе 3
4 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА 146 ЗАРЕГУЛИРОВАННЫХ УЧАСТКАХ РЕК
4.1 Трансформация твердого речного стока 146 стратифицированным водохранилищем
4.1.1 Характеристика проблемы
4.1.2 Одномерная вертикальная модель процесса седиментации
в стратифицированном водохранилище
4.1.3 Методы численного решения задачи
4.1.4 Расчет трансформации твердого речного стока р. Катунь
в результате строительства водохранилища
4.2 Модель миграции растворенной примеси в глубоком 160 водохранилище
4.2.1 Характеристика проблемы
4.2.2 Модель миграции растворенной примеси в системе
водохранилище-затопленные почвы
4.2.3 Метод численного решения задачи
4.2.4 Прогноз миграции растворенной примеси в водохранилище проектируемой Катунской ГЭС
4.3 Прогноз кислородного режима крупных водохранилищ
4.3.1 Характеристика проблемы
4.3.2 Математическая модель кислородного режима глубокого стратифицированного водохранилища
4.3.3 Метод численного решения задачи
4.3.4 Расчет кислородного режима проектируемого водохранилища
4.4 Основные выводы по Главе
5 ПРОГНОЗ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ВОДНОЙ СРЕДЫ В РЕКЕ НИЖНЯЯ ТУНГУСКА ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ЭВЕНКИЙСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
5.1 Специфические проблемы трансформации
гидрологического режима реки Нижняя Тунгуска при строительстве Эвенкийского водохранилища
5.2 Прогноз гидрологического режима Эвенкийского водохранилища
5.2.1 Моделирование процессов тепло- и массопереноса в водохранилище
5.2.2 Оценка влияния затопленной растительности на кислородный режим водохранилища
5.3 Моделирование физико-химических процессов в нижнем бьефе Эвенкийской ГЭС
5.3.1 Прогноз ледотермического режима реки Нижняя Тунгуска на участке нижнего бьефа
5.3.2 Транспорт растворенных солей в нижнем бьефе ЭГЭС
5.4 Основные выводы по Главе

квазиоднородных слоя: эпилимнион (верхний слой) и гиполимниои (нижний слой). Существование термоклина приводит к появлению мощных внутренних волн на границе раздела водных масс с разной плотностью. Неустойчивость внутренних волн ведет к образованию вихрей разного масштаба от нескольких сантиметров до нескольких километров. Обрушение очень высоких крутых внутренних волн ведет к появлению вихрей с размерами несколько сантиметров, которые внутри водоема на границе раздела вод с разной плотностью образуют своеобразные «туннели», по которым происходит перенос тепла между слоями, изолированными друг от друга термоклипом. Летом и осенью в глубоком сибирском водохранилище наблюдается общий циклонический круговорот. Наряду с этим крупномасштабным вихрем существуют срсдиемасштабные вихри: топографические, обусловленные
влиянием формы дна и берегов, и инерционные, возникающие под действием силы Кориолиса, период которых зависит от широты расположения водоема. Так, на широте озера Байкал он равен 15 часам.
Во время ветра на поверхности водохранилища возникают полосы, направленные вдоль направления ветра. Это полосы конвергенции, которые являются проявлением циркуляций Ленгмюра, имеющих горизонтальную ось вращения. В полосах также скапливается мусор, планктон и пена, позволяющие маркировать место их нахождения. Вихри Ленгмюра - основной механизм перемешивания верхнего наиболее продуктивного слоя водохранилища, где происходят процессы фотосинтеза, разбавления сточных вод, выравнивания температур и т.д.
Кроме этого в водохранилищах существуют сейши - особый вид периодических колебаний уровня воды. При одноузловых колебаниях у одного берега уровень воды понижается, у другого повышается, а в центре водоема изменений уровня не происходит. Сейши приводят к сильным горизонтальным смещениям водных масс, вызывающим образование крупных вихрей. Наиболее сильное перемешивание слоев воды происходит при сгонно-нагонных