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浮球覆盖下水面蒸发影响因素及数值模拟研究

王海涛  
【摘要】:我国西北内陆地区降水量少蒸发量大,特别是在新疆吐鲁番地区,当地水库蒸发量大从而导致水资源短缺以及水资源利用率较低等问题,严重制约了当地的经济发展。为减小水库的无效蒸发,本文分析了吐鲁番地区近50年蒸发皿变化趋势,采用浮球覆盖消减水面无效蒸发,计算浮球不同覆盖率下的水面蒸发节水效率,并对不同覆盖率下蒸发器的蒸发量与气象因子进行相关性分析,结合经济效益计算出浮球的最优覆盖率。通过前文计算出的影响因素,选取目前建立的Fluent模型能够实现的主要气象因子(温度、风速、相对湿度、水汽压)进行数值模拟分析,与现场试验数据相互验证对比,论文的主要成果如下:(1)通过对试验区近50年蒸发皿蒸发变化趋势进行分析,蒸发经历了3个不同变化时期,1970-1990年为缓慢上升期,1990-2015年为明显下降期,2015-2020年为显著上升期。蒸发量在1991年后显著下降,2015年后有明显上升。在不同的时间尺度上,影响研究区蒸发的主导因素为温度。(2)通过现场试验得出,在试验期内浮球不同覆盖组间的蒸量分别为149.5mm、122.2mm、100.1mm、81.1mm、63.1mm;不同覆盖组间的蒸发抑制率分别为18.3%、33%、45.8%、57.8%。对蒸发量与气象因子相关性进行分析,得出试验期内温度是影响蒸发量的主要气象因子,随着覆盖率的增加,各个气象因子相关性逐渐变差。综合考虑投入与产出比,当浮球覆盖率为50%时为最优覆盖率,水库的年节水量为5421.86m~3,增产收益为8.77万元。(3)通过Fluent数值模拟,分析在温度、风速、空气湿度及水汽压作用下,覆盖率分别为0%、50%、91%蒸发器的蒸发量,模拟试验期内各个蒸发器总蒸发量模拟值分别为123.1mm、86.7mm、51.5mm。对不同覆盖率下蒸发器的蒸发量按各月份统计,计算各误差,覆盖率91%工况整体优于覆盖率0%和覆盖率50%工况下的蒸发量模拟结果,0%覆盖率下容易出现较大误差,三月份模拟误差最小分别为6.6%、4.3%、2.5%,五月份误差最大分别为16%、10.4%、6%。(4)在其他影响因素不变的情况下,控制单个气象因素的变化分析其对节水效率的影响,结果表明在总体趋势上随着温度和相对湿度的提升,浮球覆盖下的节水效率呈现出上升趋势;随着风速的增大,浮球覆盖下的节水效率呈逐渐下降趋势。


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