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.     

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.     

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.     

2步法改善长距离渠系结冰盖期的水力响应

针对长距离渠系结冰盖期控制仿真模型中,在采用普通PID控制器和下游常水位运行时水位、流量波动幅度和变化率大的问题,提出了2步法的闸门控制运行方法.该方法利用了变步长步进式控制法和改进的PID控制器的优点,分离了结冰盖期冰盖糙率和控制器对渠系水力响应的影响,使用该方法对南水北调中线工程总干渠京石段进行模拟,结果表明此方法明显减小了渠系结冰盖期的水位流量波动幅度和变化率,有利于渠系冬季冰盖生成的稳定性和避免发生冰灾.     

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.     

南水北调中线工程节制闸间距研究

节制闸间距的选取影响到工程投资的多少与能否安全运行的问题．本以南水北调中线工程初步设计参数为依据,从调度的灵活性,事故处理时间,闸门、渠道的安全超高、水头损失与最低流速及节制闸工程造价等5个方面讨论了中线干渠节制闸间距长短的优缺点．通过各种因素的综合分析,认为节制闸间距取20～30km为宜．     

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。     

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数学模型模拟计算了该分水口各种分水状态下干渠中的水流过渡过程。提出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33.6h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。     

多渠段渠道自动控制系统的稳定控制

为消除在实际运行过程中的模型失配和水力参数(糙率、流量系数等)的不确定性所造成的影响,完成了串联多渠池渠段自适应控制器的设计和测试.利用基于状态空间模型的频率设计方法对模型和外界扰动的不确定性进行量化,采用部分极点配置原则以解决系统临界稳定意义下的病态问题.分析了渠道运行控制特性,提出了性能权函数、鲁棒权函数的选择方法.算法的有效性在多渠池算例上得到了验证.动态仿真结果表明:给定节制闸开度和水力参数变化,各渠段节制闸附近水位波动可以得到很好的抑制,系统跟踪精度高,鲁棒性能良好.     

串联梯级泵站输水系统紧急工况水力响应特征研究

输水系统的水力响应特征是渠道运行调控过程中的重要问题之一,特别是对于梯级泵站输水系统.本文以密云水库调蓄工程中屯佃泵站-埝头泵站段输水系统为例,采取数值模拟的方法,计算了单级泵站停机和梯级泵站全线停机两类紧急工况下输水渠道的水力响应过程.结果分析表明,单级泵站停机而其他泵站正常运行情况下,系统将逐步达到限制水位;梯级泵站系统在全站停机的情况下,水位变化幅度均在安全可控范围内,表明系统具有良好的自调节能力.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,制定合理有效的调度控制方式具有重要意义.     

调控闸门在水量调度工作的作用

通过对节制闸的开启高度的控制来调控上下游的水位和流量,一直以来是水管单位调控水资源量的重要手段之一。现结合宁夏引黄灌区日常的调度工作,试分析闸门开启高度对过闸流量的影响。     

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。     

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.     

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.     

水力自动真空抽吸装置研究

常见的水力自动控制水设施是以水力自动门为代表，水力自动闸门的启闭过程中不可避免地要依靠传动部件的机械运动来带动闸门上下移动，闸门存在启闭失灵、闸后漏水等隐患。在流体动力学理论上研究的水力自动真空抽吸装置则不存在闸门的缺陷，不仅设施的启闭是其各部件在静止状态下完成，而且泄水流道喉坎高于控制水位，不存在漏水现象。并能在低落差条件下实现自控，最大流速可达10m／s以上，有一定泄水能力。该装置结构简单，能大大减轻守闸人员的劳劝强度，并产生良好的经济效益。     

桥梁分布特征对输水渠道过流能力的影响——以南水北调中线工程为例

长距离输水渠道多个桥梁联合产生的壅水作用对于渠道的输水能力有着重要的影响,是输水工程和交通工程设计中要考虑的重要因素.本文利用南水北调中线电子渠道平台,以南水北调中线工程典型渠段为研究对象,模拟新增桥梁不同间距和阻水面积对总干渠输水能力的影响,得出了桥间距、桥墩阻水面积与渠道水位壅高之间的变化规律,计算得出了对渠道水位壅高影响较小时的适宜的桥梁间距,对南水北调中线工程设计具有参考价值.     

潮州供水枢纽运行洪水位与设计水位偏差原因分析

广东省潮州供水枢纽于2005年9月下闸蓄水运行,在闸门全开进入泄洪状态时发现实测闸前水位与设计计算的水位偏差过大.通过对设计资料和实际运行观测记录的分析与论证,总结实测闸前水位与设计计算水位偏差过大的三大原因,并提出建议.     

基于GPS监测数据的滑坡变形影响因素分析

基于三峡库区某滑坡6年GPS监测数据及降雨和库水位变化资料,对滑坡变形进行分析,结果表明其累积位移曲线具阶跃型位移特征,且降雨强度、库水位下降及下降速率为滑坡变形波动的关键因子;运用灰色关联度方法研究了降雨强度、库水位变化与滑坡变形响应程度,分析表明滑坡前缘受库水位影响最大,滑坡后缘首要因素为降雨强度,降雨和库水位下降两者联合作用影响更大。     

1960年以来太湖水位变化特征及影响因素分析

以太湖为研究对象,综合采用Mann-Kendall突变检验和Morlet小波分析等方法,分析太湖1960—2018年水位数据,阐明太湖水文特征变化及其影响因素．结果表明:1960—2018年间太湖水位整体呈现缓慢上升趋势,极值水位波动幅度较强;年内水位受降雨分配的影响呈单峰型变化,汛期尤为明显;水位周期性显示稳定的时间尺度是9 a,变化强烈的时间尺度分别是22和28 a;气候变化和人类活动共同影响了太湖水位的变化,2000年前太湖水位对降水的响应十分敏感,而2000年后太湖水位受人为调控而趋于稳定;合理范围内的水位波动对整个流域的水资源调配和太湖的生态水文特征有重要影响,科学的水利工程调控有利于太湖湖泊生态系统的健康发展．研究结果可为太湖水情调控和湖泊生态系统管理提供理论参考和决策依据．