北疆供水工程应急闸控下的水力响应分析

为了研究北疆长距离供水渠道应急闸控措施的选取,通过构建一维非恒定流数学模型,对应急闸控下的水力响应进行分析,针对不同应急情景提出闸控方案。结果表明:事故渠段上下游节制闸紧急关闭时,上游闸后及下游闸前水位变幅很大,渠段内水位波动剧烈;适当减小闸前控制水位以引导渠段退水闸的开启,可有效削减闸前水位壅高值,但闸后水位降幅增大;渠首引水闸快速关闭可以有效减小事故段退水和削减闸前水位壅高的压力,非紧急工况下,渠首引水闸保持小流量供水可以维持分水口用水且利于全线恢复供水;事故段上、下游节制闸关闭速率越大,事故段水体控制效率越高,但闸前壅高、水体稳定时间都会相应增大。     

长距离明渠调水工程蓄量动态调节控制算法研究

本文阐明了明渠渠池蓄量与节制闸闸前水位之间的单值对应关系,在此基础上提出一套通过动态调节渠池蓄量,实现闸前常水位运行的控制算法。该算法基于流量平衡和蓄量平衡关系推导,前馈控制与反馈控制相结合。前馈控制根据分水口计划主动调节各渠池蓄量,起粗调作用;反馈控制针对前馈控制过程出现的水位偏差,通过动态调节各渠池蓄量实时校正,起细调作用。该算法具有原理简单,参数率定简便,控制规则灵活,实用性强等特点。算法在南水北调东线工程胶东段渠道进行了仿真测试,模拟环境包含水位死区和闸门运动死区。结果表明,所提算法能够有效克服长距离明渠水力滞后的影响,及时有效消除各渠池闸前水位偏差,将水位波动限定在安全范围内。     

大型串联渠系冰塞-水力响应特性分析

为了定性定量描述南水北调中线工程冰塞特征与水力响应特性之间的耦合关系,采用数值模拟方法,建立了串联渠系冰塞事件-水力响应-闸门操作耦合响应模型,通过多工况对比揭示冰塞体范围、厚度和输水流量及闸门群应对方式等造成的渠系水力响应规律。研究结果表明：闸门群耦合响应下,发生冰塞事件的渠池仅影响其上游渠池的水力过程,对于发生冰塞事件的渠池,其冰塞体上游段水位壅高,下游段水位降低,而该渠池上游所有渠池水位整体降低;闸门群无响应时,冰塞可造成渠系放空风险,而PI控制器作用下的闸门群调度可明显改善渠系应对冰塞事件的水力响应,水位波动幅度随冰塞体和输水流量的增大而不断增大,在模拟工况下,闸前最大水位偏差达0.5 m,输水目标恢复时间约20 h,在冰塞体足够大时,渠系面临漫堤风险。做好渠池风险评估和优化冰塞事件应对控制器是下一步研究的重点。     

暴雨条件下的长距离渠系水力响应特性研究

暴雨是常见的天气现象,其对长距离输水渠系的适时适量供水及工程安全具有重要影响。通过建立暴雨影响下的渠系水力响应模拟模型,分析了不同暴雨条件和渠系闸门群有无联合调度等情况下的渠系联合水力响应规律,结果表明,暴雨可威胁渠系的运行安全,而恰当的渠系运行控制响应模式是改善渠系水力响应的重要方法,有利于促进输水安全。暴雨可造成南水北调中线工程渠道内水位雍高,雍高程度受降雨强度、降雨范围和渠道断面位置影响,其中末端渠池下游的水位雍高最大,连续3日暴雨可造成水位雍高0.44m,使渠系面临外溢风险,而采用闸门群联合调度后,可有效削减壅水高度,但此时的壅水高度还受渠系控制模式和参数取值等因素影响,且渠系风险位置也将位于降水影响区最上游端渠池。     

大型输水渠道事故工况的水力响应及应急调度

事故工况下的渠道水力响应及应急措施对大型输水渠道安全有着深刻的影响。以南水北调中线工程总干渠为研究对象,建立了事故工况的一维非恒定流数学模型,提出应急调度闸门控制规则,模拟分析了事故工况下渠道的水力响应过程。计算结果表明,事故渠段节制闸紧急关闭时间越短越有利于灾害控制,但是渠道水位壅高及退水量较大;节制闸闸前控制水位越高,则渠道水位壅高也越大,但弃水较少。     

感潮河段节制闸闸上水位推求方法探讨

海南省文昌市、琼海市等沿海地区,很多节制闸位于感潮河段上,离出海口有一定距离,且大部分闸上河道有槽蓄作用,闸上水位推求受潮水位及槽蓄变化影响明显。由于洪潮遭遇情况复杂,同时又泄洪排涝,只要闸上水位高于闸下水位便开闸泄洪,所以起调水位是随机的,演算过程需采用试算法。本文结合多座类似闸门的计算,对该类节制闸闸上水位推求提出新的计算方法供参考。     

明渠突发水污染事故段及下游应急调控

针对明渠突发水污染事件应急调控的需求，对突发水污染事件事故段及下游段的应急调控策略进行研究。 应急调控的决策包括：通过污染物特征参数量化方法分析污染物的扩散过程，划分事故段及事故段下游；针对事 故段，通过量化方法计算出整个应急事故的持续时间；针对事故下游段，采用优化分区的方法，识别出不利渠池， 关闭不利渠池下游节制闸，从而达到延长整个事故下游段的供水时间的效果。以中线工程洨河节制闸-古运河节 制闸段模拟发生应急事故为例，研究成果如下：采用污染物特征参数量化方法识别出事故段为洨河节制闸-滹沱河 节制闸，事故段下游为滹沱河节制闸-岗头隧洞节制闸。事故段应急事件持续时间为 7.9?h；事故段下游通过优化 分区的方法识别出两个不利渠池，延长不利渠池供水时间 6.13?d 和 5.61?d。     

南水北调中线输水渠道中节制闸影响研究

选取南水北调中线干渠中西黑山节制闸为研究对象,应用一维非恒定圣维南模型,模拟计算了11种不同闸门开度变化时的干渠全线中非恒定过渡过程.结果显示,初始一段时间内的闸前后水位变化幅度取决于闸门运动速度和闸门开度变化幅度,得到了不同闸门开度变化幅度下的闸门限制运动速度.闸门停止运动后,闸前后的水位和闸下出流量主要取决于闸门开度变化幅度,与闸门变化速度无关.相同开度变化幅度下,闸门开度减小对上游的影响距离大于闸门开度增大的工况.     

南水北调中线工程总干渠非正常工况下的水力响应分析

非正常工况下的渠道水力响应对大型调水工程输水渠道的安全有着深刻的影响。以南水北调中线工程总干渠典型渠段作为研究对象，模拟分析了非正常工况下渠段的水力响应特征及退水闸的退水作用。计算结果表明，事故渠段上、下游端节制闸紧急关闭时，节制闸前（或后）水位壅高（或降落）的幅度很大，渠段内水位波动剧烈；节制闸关闭时间的延长虽能在一定程度上减小水位壅高和降落幅度，但效果并不明显；退水闸的启用能够较好减小水位的壅高幅度，有效降低水流的漫溢危险。     

南水北调中线应急调度节制闸预警水位研究

为研究南水北调中线工程总干渠突发事故应急调度时,输水明渠节制闸预警水位的设定对渠道节制闸水位壅高、渠段退水量等参数指标的影响,建立一维应急调度数值模型,选取典型渠段作为算例,对各影响因素进行了计算分析。结果表明,渠道节制闸前预警水位越接近加大水位,渠道退水量越小,闸前最大水位壅高也更趋缓和。因此,为提高应急调度的安全经济性,应选取更接近加大水位的水位值作为闸前预警水位。研究成果可为中线工程应急预案的制定提供理论支撑。     

南水北调中线渠系蓄量补偿运行控制方式

南水北调中线渠系采用闸前常水位的运行方式,即渠道下游常水位运行方式的水位控制点位于下游渠道的节制闸闸前。采用下游常水位运行方式,有利于按照最大过水流量进行渠道设计,使得渠道的超高最小,从而施工成本最少。在分析闸前常水位运行方式的响应与恢复特性、蓄量补偿时间的基础上,提出了闸前常水位运行控制方式,并设计了蓄量补偿的前馈控制策略和水位流量串级的水位反馈控制器。以南水北调中线总干渠的部分渠道为研究对象,在典型工况下进行运行控制仿真,并把计算结果与流量主动补偿和常规下游常水位运行控制进行对比,从而验证了本文闸前常水位运行控制算法的合理性。     

平板闸门流激振动效应对启门力的影响

为探究流激振动对闸门启闭力的影响机理,通过对固定的上、下游水位和底缘形式的平板闸门进行流固耦合分析,结果表明引起闸门振动的激振力和由闸门振动位移产生的摩擦系数和摩擦力臂的变化是造成启闭力变化的主要原因。在前人统计的闸门振动较大的不利开度的基础上,利用波形合成法以及振动理论提出作用于闸门面板上的激振力的计算公式,并考虑其对闸门启门摩擦系数、摩擦力臂以及启门摩擦力的影响,总结出流激振动效应下平板闸门启门力的计算方法。通过与石泉水电站中孔平板闸门启门力实测资料对比发现,理论计算的结果与实际工程的实测值吻合良好,可为实际工程的启闭力计算提供一定的科学依据。     

不同再生水占比景观水体水质演变机制实验研究

以永定河(北京段)为研究对象,开展不同再生水占比景观水体连续24d的水质监测实验,监测指标包括化学需氧量、氨氮、溶解氧、pH、电导率及土壤微生物多样性等。结果分析表明:相同实验条件下永定河上游山峡段河岸带土壤微生物多样性明显好于下游沙质断流河岸带土壤,而二者混合形成的沙土有利于丰富土壤微生物多样性;高再生水占比水体对于环境更加敏感,更容易因为外部因素引起水质变化,在高温下水质恶化速率更快;根据实验所监测的多项水质指标与生态效应综合分析,静止景观水体再生水占比在超过75%以后水质持续恶化,推荐永定河实际景观河道再生水占比控制在75%以下。     

双戗堤截流时下戗堤的作用分析

立堵截流计算的核心内容是龙口流速的求取，因为龙口流速的大小直接影响到截流时所选择抛投料粒径的大小，可以说是衡量截流难度的一个重要指标。本文在分析单戗堤立堵截流龙口流速变化规律的基础上，着重研究了在双戗堤立堵截流中，当上戗堤最困难的时候，也就是流速最大的时候，下戗堤是否能够壅水，从而降低上戗堤的截流难度这个问题，论证了双戗堤立堵截流水力控制条件的正确性，为双戗堤立堵截流的顺利施工提供判断依据一     

基于关键绩效指标的西安市水循环健康评价

城市水循环健康评价研究对于城市的规划定位、发展建设及城市资源管理具有实际指导意义。以西安市为例,基于城市水循环内涵,结合水资源关键属性,从水生态水平、水资源丰度、水资源质量及水资源利用四个维度出发,筛选出16个指标,构建了基于关键绩效指标(KPI)的城市水循环健康评价体系,对西安市2010-2015年水循环健康状况进行评价。结果表明:西安市2010-2015年水循环均处于亚健康状态,健康评价得分为3.05～3.46分,其中2010-2011年健康得分呈现下降趋势,在2011年健康得分最低,为3.05分,之后2011-2015年健康得分逐年上升,上升趋势显著;饮用水水源地水质达标率得分最高,2010-2015年均处于非常健康状态,而人均水资源量、亩均水资源量得分最差,2010-2015年均处于严重病态;提高水资源开发利用的合理性、缓解水资源供需矛盾是改善西安市水循环健康状态的关键。     

小浪底水库孔板洞弧形工作闸门流激振动原型观测研究

针对小浪底水库1#孔板洞在249.0 m水位附近(运行水头约113 m)偏心铰工作弧门在局部开启运行工况及连续开启过程中,门体不同部位振动动应力、加速度及动振位移响应结果进行了观测分析,并与2#孔板洞在248.0 m水位附近(运行水头约103 m)工作弧门的振动观测结果进行比较分析,对工作弧门的运行安全作出评价。总之,有关观测成果对类似工程工作弧门的运行操作具有一定的参考价值。     

南水北调中线工程节制闸大开度检验调度方案研究

南水北调中线沿线设有64座节制闸,为确保金结机电设备运行安全,按照设施设备规范要求各节制闸应在动水条件下进行零开度至全开度检验。中线工程现处于通水初期,沿线各分水口门尚未达到设计流量,如需完成大开度检验,势必需要通过采取一定的调度措施来实现。结合中线工程运行实际,选取典型试点分析大开度检验的可行性;同时在充分考虑目前全线小流量、高水位的运行状态下,比对分析几种特定条件下的运行调度方案,初步研究选取了"控制闸调整局部渠段水位"的调度方案。通过对试点节制闸上下游控制建筑物的运行水力条件进行调整,保持试点节制闸目标过闸流量及其上下游渠段水位的相对稳定,进而实现节制闸大开度检验。     

北京段南水北调实时水量调度系统设计与开发

南水北调中线全线通水后,北京市将形成复杂的供水系统。为适应新的供水系统,基于J2EE分层架构,开发了北京市实时水量调度系统。针对中线实际水量调度的情况,阐述了实时水量调度系统的设计思想、关键技术以及对水动力学模型接口的封装,展示了实时水量调度系统结合GIS平台与Flash的实现方案。该系统技术先进、实用可靠、界面友好,集地理信息系统、计算、显示、查询为一体,将为实时水量调度提供有效的技术支撑。     

管渠结合系统非恒定流数值模拟及理论分析

管渠结合系统非正常运行工况闸门突然关闭时,最大壅水高度的计算对渠堤及闸门的设计具有重要意义。上下游闸门同时关闭时,管渠结合系统最大壅水高度值存在直接水位波动和间接水位波动两种类型,并有其判别方法。有压管相对较长时,明渠和有压管段均可划分成微段联合计算,全面阐述了这种情况下用特征线法数值模拟时内边界条件的处理方法。经系列计算检验,说明该方法是合理、有效的。