南水北调中线输水渠道中分水口的影响

为研究南水北调中线输水渠道中分水口流量变化对干渠的影响特征,选取天津分水口为例,采用一维Saint-Venant数学模型模拟计算该分水口各种分水状态下干渠中的水流过渡过程。采用虚拟渠道等效糙率法来模拟渠道中各类型的输水建筑物的影响。得出该分水口关闭时间超过33.6 h会导致紧邻下游端的西黑山节制闸前水位出现漫顶,分水口前水位下降速度与分水口流量变率呈线性变化关系,并给出了其拟合公式。     

大型输水渠道分水口分水影响及调控原则研究

分水口的分水调控对输水渠道的安全稳定运行具有重要影响.以南水北调中线工程总干渠作为研究对象,建立一维非恒定流数学模型,对典型分水口不同分水流量大小和操作方式下的渠道水力响应过程进行计算,得到相应的水位变化幅度和波动影响距离.结果表明,单步分水的水位变化速率快,波动影响距离大.同时从安全输水角度出发,为减小水位下降速率,提出了分水口进行分水时的最大分水流量变化范围和较优的分水完成方式等调控原则.研究成果对南水北调中线工程分水口的运行和管理具有参考价值.     

输水渠道大流量分水口门的分级分水方式

本文以南水北调中线工程典型分水口为研究对象,采用一维非恒定流模型对不同分水口运行方式进行计算分析,研究渠道相应的水力响应现象,包括水位升高降落幅度、速率及其影响范围,建立了分水口分水比与水面线的相关关系,提出了分水口分级分水的运行方式.针对设计分水流量占渠道设计输水流量50%的西黑山分水口,计算认为:1h内一次分水流量增加最好不大于16m3/s,二次分水流量增加总量最好不大于20m3/s,将2次分水延长到2h内完成,能够较好控制水位下降速度,从而减小对渠道安全的影响.     

闸群调控下的输水系统水力响应过程

采用具有模拟复杂内边界功能的明渠一维非恒定流数学模型,以大型输水系统为研究对象,在渠首流量和闸群同步快速变化的极端情形下,对输水渠道的输水响应过程进行了模拟.计算得到了总干渠渠首流量增大和减小两种情况下渠道内水位变化过程,其特征表现为:在渠首流量快速变化、闸群全线同时响应的情况下,渠道水位波动十分剧烈,多数节制闸相邻断面的水位变化速率均大于一般的水位变化速率要求,对渠道的安全运行可能产生十分不利的影响,应尽可能避免此类工况的出现,采用合理有效的闸群控制操作来保障输水系统的安全有效运行.     

输水系统闸前常水位控制下的区间调度研究

针对输水系统的运行调度问题,提出了基于分水口分水流量调控的区间调度的原则.利用有限差分法建立了能够模拟多种过水建筑物的一维非恒定流数学模型,以南水北调中线工程为研究对象,在给定的闸前常水位控制运行方式和闸前允许水位变幅下,设计了两种区间调度模式并进行了模拟计算,获得了反映渠道水力响应的闸门起调时间和始末开度、渠道重新平衡稳定时间以及渠段间的最大水位变幅.计算结果表明,在合理的允许水位变幅下,区间调度能够缩短输水系统的水力过渡过程,控制节制闸参与调节的数目.该调度方式在优化大型输水系统输水过程、提高渠道运行控制效率方面具有良好的作用,为调水工程的运行调度提供了一个有益参考.     

渠系蓄量补偿下游常水位运行方式研究

把蓄量补偿原理应用到常规下游常水位运行方式中,根据已知的初始和最终需求流量之间的蓄量变化,以及对水流传播到渠道下游所需时间的估计,来安排各渠段入流的变化过程,并把该流量变化过程作为控制器的前馈输入,同时利用渠段实时目标水位进行反馈控制,使渠系在蓄量补偿作用下实现了下游常水位运行.结合渠道运行控制系统的基本结构,建立了该运行方式下的长距离输水渠系运行控制仿真模型.通过对实际工程进行仿真计算,结果表明,蓄量补偿下游常水位运行方式无论在渠道运行控制性能指标上,还是渠道的响应时间上,都明显优于常规下游常水位运行方式及流量主动补偿下游常水位运行方式.     

闸门调控下的水动力学模型建立与应用

考虑闸门前后水位对淹没系数的影响,利用泰勒展开和有限差分法,对闸门过流模型进行了改进,建立了闸门调控下的水动力学模型.选取南水北调中线一期工程总干渠的部分渠段对模型进行了模拟计算.水面线及闸门过流的计算结果表明,模型合理可靠,可以实现闸门过流的连续模拟并提高计算精度.初步应用该模型进行了闸前常水位模式下典型渠段的水力响应计算,分析了平衡状态的渠道水面线及闸门运动变化.结果显示,闸前常水位运行模式下,闸门开度变化与过流量变化一致,节制闸的启动时间与上边界的距离和流量增减关系密切,计算水面线符合水力学的一般规律.模型可作为输水明渠调度控制决策的有效研究工具.     

明渠输水系统水力响应特性分析及PI控制器参数整定

为了提高明渠输水系统控制器的控制效果,在输水系统的运行过程中需要对控制器的控制参数进行整定．以渠池为研究对象,分析了闸前常水位运行模式下渠道的水力响应特性,得到了与扰动量大小无关的敏感性指标．分析了敏感性指标随输水流量的变化规律,给出了控制器参数与敏感性指标之间的计算公式,数值模拟表明,采用提出的计算公式可以提高渠池的控制效果．研究成果对明渠输水系统的控制运行具有一定的指导意义．     

闸门调控下大型输水系统的水力响应特征研究

输水系统的水力响应特征是渠道运行调控中所关心的重要问题.本文以南水北调中线工程总干渠为例,采取数值模拟的方法,计算了闸门开启和关闭两类操作情况下输水渠道的水力响应过程.结果分析表明,渠道水位波动变化幅度及影响距离、波动传播时间和闸门附近水位下降速率等水力响应参数与闸门运用方式、开度变化速率等影响因素之间存在着密切的关系,表现出一定的特征规律.这些特征规律对进一步深入研究减小渠道水位变化幅度和下降速率的方法,制定合理有效闸门调度控制方式具有重要意义.     

节制闸联合调度控制下明渠输水系统水力控制研究

本文对明渠输水系统下节制闸联合控制中的同步控制法和顺序控制法进行研究,对不同控制方法下长距离明渠输水系统在增流量和减流量工况下的各闸闸前水位、闸后水位、水力过渡时间等水力特性进行了分析比较。研究结果显示,当流量增大时,易采用提前顺序控制方法;当下游渠段流量因意外情况需要立即减少时,易采用同步控制方法。     

华北平原区典型下垫面退水过程研究

以位于邯郸永年区的河北工程大学降雨-径流-灌排试验场为依托,进行数场人工模拟降雨试验,分别探讨了华北平原区典型下垫面河道径流、地表径流和各层壤中流出流的退水特征。对各种出流方式对比结果表明, 河道径流和地表径流在降雨停止后迅速消退,且很快退水完毕;壤中流退水往往在地表径流退水的后半程开始,其退水历时最长, 流量最小。影响因子分析表明, 降雨强度对退水流量的影响比较明显地表现在河道径流方面,即随降雨强度的加大,河道径流的退水流量呈幂函数上升趋势;降雨量对各层壤中流总退水流量的影响显著,即随着降雨量的增大,壤中流退水流量呈幂函数增大趋势;降雨历时对各种方式的退水流量影响均不明显。雨强还影响退水流量在总径流量中的分配比例,河道径流、地表径流、壤中流1和和壤中流2出流的退水流量分别占总流量的0.72%、8.6%、1.71%和0.19%,退水流量占总流量的12.31%。当雨强小于2mm/min时,随着雨强的增大地表径流退水流量所占比例呈直线增加趋势,但当雨强增加到2mm/min以上之后,地表径流退水流量所占比例反而下降了;随着雨强的增加,壤中流总退水流量所占比例呈对数函数逐渐下降的趋势。计算结果表明, 该区退水常数可以分河道径流、地表径流退水和壤中流退水2类, 其数次降雨平均值分别为 0.85 和 0.95。这一结果为进一步研究水文过程乃至流域尺度的退水过程提供了借鉴。     

应用三维空间导叶的混流式水轮机流动

为减小混流式水轮机转轮内的叶道涡,设计了两种三维空间导叶,推导了流量调节方程,采用了全三维全流道的湍流计算方法,完成了从蜗壳进口到尾水管出口,包含所有流道在内的数值计算;并进行了模型对比试验。结果显示:应用三维空间导叶对水轮机能量性能没有太大的影响,但是增大了活动导叶上部的水流出口角,从而减小了转轮叶片进口处的冲击,尤其是在高水头、小开度情况下,上冠处的冲击和脱流比二维常规导叶有明显改善,降低了叶道涡发生的可能性,提高了水轮机的运行稳定性。     

Potential Ecological Benefits of the Middle Route for the South-North Water Diversion Project

This paper presents a study of the middle route of the South-North Water Diversion Project. The middle route runs through the Northern China plain, where the water shortages are the most severe. There is not only a shortage of water for human usage, but also a shortage of ecological water. Although the current plan for the middle route is strictly focused on supplying water for residential and industrial use, the water can also potentially be used for ecological purposes. This paper evaluates the potential ecological benefits that can be brought to the fragile ecology in northern China by the middle route, in addition to the water supplied to residences and industry. The study describes ecological benefits of the middle route project, such as mitigation of groundwater extraction in the region and positive influences on the climate, the ecological uses of the middle route project itself, such as creating artificial niches along the channel and directly using the channel for ecological purposes, and the ecological uses of the water along the middle route such as diversion of the water into dyer channels that have suffered from drought conditions for decades.     

不同类型拦挡坝拦蓄特征试验研究

由于陇南泥石流灾害破坏性强,拦挡坝拦蓄性能不清晰,因此本实验通过无泄水涵洞拦挡坝、有泄水涵洞拦挡坝及不设拦挡坝的对比试验,模拟了泥石流发生后坝体的拦蓄性能和流体特征。文章通过试验获取了坝后淤积物体积函数模型,并讨论了拦挡坝振动加速度、冲击力和槽底不同位置处含水率变化情况。结果表明：加拦挡坝减弱了泥石流对试验槽壁和槽底的陶蚀振动,无泄水涵洞拦挡坝因坝体封闭,短期内淤积了大量泥石流,导致其对试验槽的振动小、流通间隙短,对坝前的冲击力整体减弱,水石分离变差;有泄水涵洞拦挡坝因涵洞的汇流、疏通作用,导致其对试验槽振动较大、流通间隙较长,其坝后淤积量为无泄水涵洞拦挡坝的1/3,且因涵洞的分流作用,使其对坝前冲击力整体增大。分析含水率数据得出,淤积区和未淤积区的分界处,其含水率较其他部位低。基于上述单拦挡坝的性质,再加之陇南多数拦挡坝已淤满,因此,文中构绘了多坡度新型拦挡坝,其主要特征为,在坝体的背面设置了不同坡度的冲击面,其很好地减弱了泥石流的冲击力,多坡度面分别为跌水区、缓坡区、大角区。     

Simulation of Transport Channel in China’s Middle Route South-to-North Water Transfer Project

The unsteady flow in the Middle Route South-to-North Water Transfer Channel was simulated numerically using an implicit solution procedure for the Saint Venant equations. An equivalent roughness was used to simulate the effect of many transfer structures on the water levels in the main channel. Various gate operating and control methods were analyzed to study the response to disturbances produced by varying the flow rates through the Tianjin outlet. The results show that when the inflow at the head changes ...     

基于CFD的自动计量弧形闸门水力特性三维数值模拟

建立了自动计量弧形闸门不同开度时,闸门安装段流体计算域的三维模型,采用VOF模型及标准k-ε模型对过闸水流进行三维数值模拟.获得过闸水流的流动特性和渠底所受压力曲线,分析其流速、流场、压力分布的变化规律,提出了闸门安装段渠道结构的改进方案并进行仿真.结果表明:与现有弧形闸门安装渠道相比,修建消力池、加长闸后矩形明渠的长度,不仅可以削弱水流对渠道的冲刷与破坏作用,减少闸门底部泥沙堆积,而且闸门前后渠底所受压力平稳区的水压波动范围减小,有利于提高水位测量精度.     

新洋港入海港道冲淤保港需水量研究

为解决入海港道修建挡潮闸后对涵闸排涝效率以及入海港道通航能力产生较大影响的闸下淤积问题,基于MIKE11模型中的CST模块对盐城市入海港道——新洋港冲淤保港需水量进行研究。MIKE11模型中的CST模块由水动力学模型与泥沙输移模型耦合而成,根据闸下60 m、970 m、3 030 m三处断面的实测水位、流量和河床淤积高度资料,进行水动力学模型和泥沙输移模型参数率定,最终在设定闸下淤积高度不超过0.1 m的条件下,由MIKE11 CST模型确定出的新洋港冲淤保港生态流量为80 m~3/s,接近于2006年12月新洋港引江冲淤实验中得出的不冲不淤情况下的保港流量85 m~3/s。     

长距离明渠输水工程突发水污染事件的应急调控

以南水北调中线总干渠典型明渠段为例,开展长距离明渠输水工程突发水污染事件应急调控研究.采取数值模拟手段分析了不同闭闸调控方式和闭闸时间条件下渠段水流运动和污染物输移扩散规律,探讨了污染云团峰值输移距离和纵向长度计算方法,推导得出了将污染云团控制在事故渠段内的应急闭闸时间计算公式.在此基础上,提出了长距离明渠输水工程突发水污染事件的应急调控方案,并结合案例验证了方案的可行性.结果表明：针对突发水污染事件,应通过对比明渠输水工程各渠段的最大水流传播时间和将污染云团控制在事故渠段内的闭闸时间来确定闭闸调控时间,从而同步实现降低工程运行安全风险和控制污染物范围的目的.