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.     

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.     

梯级泵站输水系统优化运行及控制综述

综述国内外梯级泵站输水系统的研究现状,指出研究中存在的宏观优化运行与微观控制脱节等问题。对梯级泵站输水系统实际运行中面临的复杂性和动态性难题进行解析,将梯级泵站输水系统优化分解为优化运行和动态控制两个相互关联的部分,初步提出梯级泵站输水系统优化运行及控制理论体系。对该领域未来研究方向进行分析和展望:智能控制算法和先进的水力控制方法将逐步应用于梯级泵站优化运行及控制领域,开发优化运行及控制仿真系统是实现理论成果应用的关键,随着水资源调度工程运行实践的深入开展,该研究具有较强的理论和实践意义。     

梯级泵站输水系统的运行效率评估方法与模型

针对梯级泵站输水系统泵站级数多、输水距离长、级间水位、流量不断变化造成系统效率评估困难的问题,通过将泵站输水系统分为泵站、输水两个相互关联的子系统,综合考虑泵站效率、区间水量损失、流量、水位等多因素影响的基础上,提出基于动态平衡的输水系统运行效率分析的方法,根据级间是否分水,分别建立针对空流段和输水段的运行效率评估模型;另外,针对部分泵站无流量监测设备的情况,提出基于水量平衡的泵站运行效率评估模型.将两个模型运用于甘肃省景泰川电力提灌一期工程的效率分析,计算结果表明,泵站子系统的效率高低决定了整个输水系统效率的高低,基于动态平衡的效率评估模型能够更客观地反映泵站输水系统的运行效率状况,模型计算结果和工程实际的运行效率吻合.     

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.     

南水北调中线总干渠水力响应特征

该文针对南水北调中线工程总干渠安全运行及控制所关心的水力响应特征问题进行研究。利用南水北调中线电子渠道平台,对中线总干渠不同运行工况进行模拟计算,得到水位波动变化幅度、波动影响距离等水力响应参数的变化特征。结果表明:如无合适调控措施,参与操作的节制闸闸前后水位变化幅度大多超过0.15 m,波动影响距离在数百千米以上。对于同一节制闸,当闸门开度变化速率超过一定范围时,闸门附近水位变化速率趋近于一个定值。研究成果为南水北调中线总干渠控制运行提供了有益参考。     

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．     

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.     

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.     

大型输水渠道运行仿真系统控制周期选取

为了提高大型输水渠道运行仿真计算的精度、稳定性及速度,建立了大型输水渠道自动化运行仿真模型,研究了PID控制器参数及控制周期变化对渠道系统动态响应的影响,并对实际工程等体积及下游常水位运行方式下的系列工况进行了仿真计算.结果表明:为了获得较好的系统控制效果,PID控制器比例系数需随控制周期的增加而增大,并通过PID参数寻优给出了两者之间的定量关系;控制周期增加后,渠道的响应时间增长,而模型的计算时间缩短,控制设备的操作减少.综合考虑渠道系统的控制效果及闸门设备的控制操作,取仿真模型的控制周期为15～30min较适宜.     

考虑流量变化过程的泵站输水系统优化方法

在考虑了泵站流量变化过程的基础上，建立了泵站加压输水管道系统优化设计的线性规划模型。在保证各阶段供水流量和压力条件下，可确定各供水阶段所需扬程和各输水管段尺寸的最优值，使系统年费用最低。计算结果可为泵站加压输水系统的设计与运行提供科学依据。     

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.     

泵站与输水系统非调节工况特性与控制

对泵站与输水系统运行中的非调节工况进行了试验研究,得到了系统断流、负荷启动、停泵和管路切换工况下的系统与泵组特性,分析了它们的水力异常和机械异常现象,提出了控制非调节工况的原则和基本方法。可供输水系统设计和运行参考,以避免或减轻由此产生的不良后果。     

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.     

塔里木河下游输水条件下浅层地下水化学特征变化与合理生态水位探讨

结合2000—2005年塔里木河下游间歇性输水过程中地下水化学与地下水位变化的监测资料的分析发现：地下水化学特征对间歇性生态输水的响应表现出明显的阶段性；在地下水化学特征对输水响应的不同阶段，地下水化矿化度和主要离子含量的变化量与采样点距输水河道距离有较强相关性，而地下水埋深的变化是地下水化学特征阶段性变化的直接影响因素；地下水埋深在5m左右时主要离子含量和矿化度最小，水质状况最佳，植被盖度远大于荒漠化临界盖度.在该埋深条件下既能满足生态恢复的需要，又能避免水分的过度蒸发浪费.因此间歇性生态输水条件下，能维持较好水质并抑制荒漠化发展的合理生态水位为5m.     

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.     

调水工程中梯级泵站的优化调度研究

针对大型调水工程整个系统进入稳态运行后,在各站的抽水流量或首级站进水位发生变化的情况下如何及时做出运行决策,调整各梯级站间的水位,达到整个系统总能耗最小之目的这一问题,建立了大型调水工程各梯级站水位优化调度的数学模型,并对其解法进行了探讨.     

水力过渡过程中减压阀的数值分析

根据先导膜片式减压阀的结构和工作原理,建立了用于水力过渡过程分析的先导膜片式减压阀数学模型,给出了用特征线法进行减压阀管路水力过渡过程计算的方法,并计算了设有减压阀的简单输水管路的水力过渡过程。算例结果表明,减压阀后输水管路的最大水锤压力显著降低,减压阀前后的压力值及其变化过程明显不同,减压阀对水力过渡过程的影响关系到此类工程的合理设计和安全运行,值得深入研究。     

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。