南水北调中线干线节制闸过流公式率定及曲线绘制

南水北调中线线路长、分水口门多、无在线调蓄水库,且正处于初期运行阶段,需逐步建立健全各类闸门技术档案,尤其是率定各类闸门过流公式和绘制闸门控制运用图表,这对于精确实施渠道控制、指导闸门日常控制操作、保障输水调度安全具有重要意义。以刁河节制闸为例,基于量纲分析法,在孔流条件下利用南水北调中线干线通水运行观测数据开展了节制闸过流公式率定,并在此基础上绘制出节制闸不同闸前、闸后水位差下的过闸流量与闸门开度关系曲线。结果显示：量纲分析法物理概念比较清晰,公式形式较为简单,率定工作量大大降低,实测流量与计算流量误差基本在±6%之间,而平均误差约为3%,率定精度较高,具有较强的实际应用和推广价值;同时节制闸过闸流量曲线的绘制,为日常调度人员掌握过闸流量变化、适时开展闸门调度提供了决策依据。     

南水北调中线干渠弧形闸门过流能力校核分析

精确的计算过闸流量十分重要,它可以保障渠道保质保量的配水,确保渠道安全运行。基于现有南水北调中线工程总干渠的设计资料,按照弧形闸门闸孔淹没出流的计算原理,应用现行的几种计算弧形闸门过闸流量的公式对南水北调中线总干渠节制闸的过流能力进行计算,并将其结果和设计流量、加大流量进行比较和分析,结果显示部分闸门的过闸流量达不到其渠段设计流量,得出如果按设计流量调水时,渠道的设计流量无法通过闸门,从而导致渠道有漫顶危险的结论。总结了在计算过程中误差存在的原因,并给出了加大闸门宽度以确保实际工程运行安全和经济社会效益最大化的建议。     

南水北调中线工程总干渠水力学 仿真模型研究

以节制闸为边界将南水北调中线总干渠分为若干子段,采用闸门过闸流量公式、能量方程、圣维南（Saint-Venant）方程组和低压管流方程分别计算闸门水位流量关系、明渠恒定流、明渠非恒定流和有压建筑物非恒定流,以此建立总干渠水力学计算模型。通过双重迭代方法对水流方程、过闸流量方程进行联合求解,以模拟总干渠运行调度动态过渡过程,以京石段2008年输水实测数据对水力学模型进行验证,结果表明模型具有良好的收敛性和较高的精度。     

基于遗传程序的南水北调中线节制闸过闸流量计算模型研究

南水北调中线线路长,沿线分水口门多,且无在线调蓄水库,输水调度技术难度大。输水调度通过调整总干渠沿线各节制闸过闸流量,以满足分水口门的供水需求。目前中线过闸流量计算采用传统水力学经验公式,需根据实测水情数据,定期人工修正公式中参数,灵活性差。本文通过南水北调中线输水调度实践,建立了基于遗传程序结合水力学方法的过闸流量模型,根据实测流量计算流量系数,并利用遗传程序自动拟合节制闸的闸前水位、闸后水位、闸门开度与流量系数的非线性关系,进而实现过闸流量计算。经在南水北调中线节制闸的试用表明,该模型具有很强的自适应能力,灵活性强,拟合精度较高,而且较好地避免了直接拟合流量时泛化能力较弱的不足,具有较强的实际应用和推广价值。     

基于流态辨识的弧形闸门过流计算

过闸流量的精确计算是实现调水工程闸门自动控制、调度运行系统仿真和工程适时、适量供水的重要前提。在闸后收缩断面为低弗劳德数(约Fr1.7)的淹没孔流条件下,现有弧形闸门过流计算的经验系数模型和量纲分析模型流量预测误差较大。基于已有试验数据分析,研究提出了闸孔淹没出流的高Fr区和低Fr区的流态辨识参数——综合能耗系数Er,定义为相对开度e/H和潜流比Xr之和,即Er=e/H+Xr,相应的流态辨识方法为:Er1为高Fr的部分淹没孔流,Er≥1为低Fr的完全淹没孔流。针对闸孔出流的不同流态,即自由孔流、部分淹没孔流和完全淹没孔流,分别建立相应的流量计算模型,采用最小二乘辨识进行模型参数的估计,实例验证表明流态辨识模型整体的预测精度较高,80%预测流量的相对误差|EQ|±10%,且EQ近似呈正态分布。本文提出的流态辨识方法和计算模型为过闸流量的精确计算提供了新的思路和方法。     

基于遗传程序的南水北调中线节制闸过闸流量模型研究*

南水北调中线线路长,沿线分水口门多,且无调蓄水库,输水技术难度大。输水调度通过调整总干渠沿线各节制闸过闸流量,实现用水户所需的供水目标。过闸流量计算是中线水量调度模型的重要组成,目前通过传统水力学经验公式进行计算,在输水运行过程中,需不断根据实测水情数据,定期人工修正公式中参数,并更改程序源代码中的参数,灵活性差。本文通过南水北调中线输水调度的实践,建立了基于遗传程序结合水力学方法的过闸流量模型,根据实测流量计算流量系数,并利用遗传程序自动拟合节制闸前、后水位、闸门开度与流量系数的非线性关系,进而实现过闸流量计算。经在南北调中线节制闸的试用表明,该模型具有很强的自适应能力,灵活性强,拟合精度高,而且较好地避免直接拟合流量时泛化能力较弱的不足,具有较强的实际应用和推广价值。     

南水北调中线干渠闸前变水位运行方式探讨

针对天津分水口流量变化,应用两种闸门调度方式且将闸前水位控制在不同变化幅度内时,采用建立的南水北调中线电子渠道模型模拟计算了干渠中的水流过渡过程。结果显示,闸前水位自由波动时,由于动用了较多的调蓄库容,会导致水位波动幅度过大而影响干渠的安全平稳运行。对闸前水位变幅限制太小或阻止闸前水位变化时,会导致干渠水位长时间波动并影响到进入惠南庄前池的流量。考虑到渠道安全、缩减渠道水力过渡时间和尽量减小对末端前池水位的影响,初步推荐闸前水位变化幅度在±0.15 m范围内波动较为适宜。     

山东德州四女寺南进洪闸过闸流量分析

采用理论计算分析与模型试验相结合的方式,通过研究堰流和孔流的界限、影响闸孔出流流量偏离与闸门上下游水位、闸门开启高度等因子的定量关系及自由出流和淹没出流的条件,确定弧形闸门的流量系数、淹没系数和垂直收缩系数等,得到四女寺枢纽南进洪闸的水力计算方法,找到影响弧形闸门闸孔出流的流量、开启高度、上下游水位差的表征关系式,并通过试验和经验图表进行了验证.     

宽顶堰平板闸门闸孔出流水力计算的实验研究

在水闸运行中经常会遇到各种实际问题,如准确计算下泄流量、流态判别、确定已知泄流量下的上下游水位等。为使平板闸门过闸流量计算准确又方便,根据平板闸门下宽顶堰模型实测数据,对闸孔出流的不同流态进行分析,提出了闸孔淹没出流的简易判别方法并用数学回归分析得到精度较高的自由出流、淹没出流流量计算公式,可供工程水力计算参考。更多还原     

基于遗传程序的南水北调中线水面线计算

目前南水北调中线水面线的推算采用传统恒定非均匀流公式,糙率等水力参数需根据实际情况,定期复核并进行修正,缺乏灵活性。结合中线调度实际,建立了基于遗传程序设计的渠道水面线计算模型,利用遗传程序自动拟合渠段上游节制闸闸后水位与下游节制闸闸前水位、输水流量的非线性关系,从而实现在闸前常水位控制模式下不同输水流量的水面线推算。经在南水北调中线干线工程典型渠段的试用表明,建立的基于遗传程序水面线计算模型灵活性强、拟合精度高、操作方便,具有较高的实际应用价值。     

南水北调中线干渠闸门同步关闭水力响应特性

构建南水北调中线干渠局部一维非恒定渐变流模型，以“刁河闸—湍河闸”渠池为例，测试闸门调控方式和 渠道运行条件对闸前壅水峰值水位、达到峰值水位所用时间、水力振荡频率、水力振荡幅度等水力响应特性的影 响。研究表明：水力振荡上升过程快，下降过程慢，波幅随时间呈对数函数衰减；闸前壅水峰值水位随闸门关闭速 度、闸门关闭幅度、输水流量、运行水位、渠道糙率的减小而近似线性地减小；达到峰值水位所用时间对输水流量、 运行水位和糙率变化不敏感，随闸门关闭幅度和输水流量的增加而近似线性减小；水力振荡频率对闸门关闭所用 时间、闸门关闭幅度、输水流量和糙率变化不敏感；水力振荡幅度对运行水位、糙率变化不敏感，随输水流量的增 大而快速衰减。     

浅论南水北调中线干线涞涿段冰期输水措施

南水北调中线干线涞涿段是南水北调中线干线的组成部分,从2008年南水北调京石段工程通水以来,中线工程涞涿段已经历了6次冰期输水,冰期运行状况正常。冰期输水通过采取输水调度措施,严格控制水位的变幅,在干渠冰盖形成后通过高水位、低流速调度输水,同时通过在节制闸、控制闸室弧形闸门等处安装闸门门槽加热设备,在闸门前设置增氧扰动设备,配备人工捞冰和破冰机械设备等措施,确保冬期稳定输水。     

弧形闸门过闸流量公式比较分析

根据南水北调中线工程总干渠对精确计算过闸流量的需要,对现行的几种计算过闸流量的公式针对南水北调中线工程总干渠渠道尺寸进行模拟比较,并分析了各个公式的来源、应用条件的差异.提出了在计算过闸流量时需要注意的问题,需要进一步研究的方向等.认为准确计量工程中的过闸流量需要根据实际工程的闸门大小,渠道类型,渠道是否与闸门等宽,过渡段形式,是否有底槛等方面对经验过闸流量公式进行校准.     

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.     

平面弧形双开闸门闸下水流流动特性研究

通过平面弧形双开闸门物理模型试验,对闸门对称开启、不对称开启和浮起运行三种情况的闸下水流流态进行了观测,测量闸门上下游水位、过闸流量、闸门开度等水力参数,分析闸下水流流态,总结出平面弧形双开闸门运行时闸下水流流动的特性。闸门对称开启时,闸下没有影响闸门运行的不良流态,主流居中,两侧回流区对称;闸门不对称开启时,闸门的开度小比开度大时对流态的影响大;闸门浮起运行时,闸下海漫段主流偏于两侧,河道中心部位形成两个强弱周期转换的回流区。     

南水北调中线渠道控制计算模型

南水北调中线总干渠线路长、供水范围广，沿线分光口门多，做好总干渠的运行控制十人刀要。闸前常水位和控制容量方式是中线最合适的控制方式。根据中线工程总体设计成果，分别为这两种运行方式研制渠道控制计算模型。由用水户的分水流量和计算模型可以出渠道节制闸的最终闸门开度，供调度使用。     

南水北调工程江都东闸加固前后推流过程浅析

作为南水北调东线源头配套工程,江都东闸节制闸经加固改造后,因出流环境、水力要素发生了变化,历年所采用的堰闸流量系数法率定水位流量关系曲线已不再适合当前过闸流量的推求。为更合理地掌握水工建筑物的出流规律,收集了工程加固后淹没孔流流态下10 a的实测流量资料,改用堰闸过水平均流速法,率定出新的水位流量关系曲线,并对逐年的水位流量关系曲线进行对比和分析。     

双向翻转弧形闸门的过闸流态及泄流能力研究

双向翻转弧形闸门可根据运行需要,动水双向启闭,过闸水流形态为可为宽顶堰流、薄壁堰流,也可为孔流,门型较为新颖。以上海新石洞水闸改造工程为背景,进行了该新式水闸的水工水力学模型试验,研究了双向翻转弧形闸门的过流方式,根据试验结果分析了不同过闸形态时的综合流量系数规律及过流能力的计算方法,希望能为类似水工闸门的水力设计提供参考。     

南水北调中线总干渠冬季输水过渡期运行控制方式探讨

以南水北调中线总干渠为对象,研究了冬季输水过渡期局部渠段的闸前变水位运行方式及整个干渠的闸门控制算法。将闸前变水位运行方式的实现过程分解为闸前常水位运行和变水位蓄量补偿两个同步进行的过程,分别完成流量变化目标和蓄量变化目标。设计了整个干渠结构统一的闸门控制算法,不仅能够实现闸前变水位与闸前常水位运行方式间的切换,还能实现二者的联合运行。闸门控制算法由前馈控制、反馈控制和解耦三个部分组成。在总干渠全线上数值模拟了冬季输水前安阳河闸以北抬升控制水位而以南维持不变的过程。结果表明,在2d时间内,安阳河闸以北的控制水位可由设计水位抬升至加大水位,整个渠道的水力过渡过程平稳,水位波动符合安全限幅要求。     

基于流固耦合的弧形闸门-闸墩体系的流激振动研究

实际工程中弧形闸门与闸墩联系紧密,在水流脉动压力下二者相互影响,形成一个体系。为了揭示闸门与闸墩的相互影响规律,采取流固耦合理论对弧形闸门-闸墩体系开展流激振动研究。以某水利工程弧形工作闸门为例,针对弧形闸门单体和弧形闸门-闸墩体系分别建立三维有限元模型,计算两种模型的自振频率,基于模态分析的结果对两种模型进行动力响应分析,总结闸门和闸墩在动力特性和流激振动响应方面的相互影响规律。结果表明：闸墩对闸门动力特性及动力响应具有较大影响,考虑闸墩影响时,弧形闸门自振频率下降,其中以支臂振动为主的第4阶自振频率下降幅度最大,为61.45%,面板及支臂顺河向动位移分别减小44.58%及增大37.93%,面板及支臂动应力分别下降41.70%及增加30.71%;闸门流激振动对闸墩应力有显著影响,相较于闸墩按动力系数计算的最大应力增大了4.713 MPa。采用弧形闸门-闸墩体系模型可以更加准确而全面地评估弧形闸门及闸墩在流激振动下的安全特性。