河工模型量测控制系统设计与应用——以赣江下游尾闾整治工程为例

赣江下游尾闾综合整治工程物理模型建于室外,且模拟河流多级分叉,对整个模型测控系统运行的可靠性以及室外的防雷性能提出了更高的要求。在分析现场情况的基础上,提出了一套较为先进的模型量测控制系统总体设计方案,控制系统由平水塔供水系统、流量控制系统、水位与流速测量系统、尾门控制系统、防雷接地系统、地形测量系统等量测子系统组成。简要介绍了各测量子系统工作原理,设计方案及实际应用情况,系统应用现代网络技术及高性能自动化测量仪器,可实现模型试验中各种参数的实时采集、控制和数据处理。试验结果表明,该测控系统可满足模型试验的测控需求。     

鄱阳湖湖区物理模型量测控制系统

鄱阳湖湖区物理模型量测控制系统由流量自动控制、水位测量、流速测量、尾门自动控制、加沙自动控制、视频监控系统等量测子系统组成测控网络,系统大量应用现代化计算机及网络技术和高性能仪器,成为测控功能较为完善的模型自动化量测控制系统,可实现模型试验各种参数的实时采集、控制和数据处理。     

长江防洪模型量测控制系统的设计与应用

长江防洪模型量测控制系统设计由流量自动控制、水位测量、尾门水位控制、流速流态测量、加沙量控制、动床河道地形测量、影像监控设施等量测子系统组成。对各子系统的工作原理、控制方式、技术特性以及应用效果进行了简要介绍。由于应用计算机及网络技术和高性能仪器，系统实现了模型试验各种参数的实时采集、控制与数据处理，成为测控功能较为完善的模型自动化量测控制系统。长江防洪模型的运行表明：量测控制系统能够满足试验的需求，大大提高了测量控制精度和工作效率，缩短了模型试验周期，不仅提高了试验量测控制水平，也提升了模型科研整体水平，促进了研究成果的突破和创新。     

模型试验测量技术的研究应用现状及发展趋势

在对物理模型试验中流速、地形、水位、含沙量等关键测量技术的发展历程进行同顾的基础上,着重介绍了激光技术、超声波技术、计算机技术及数字图像处理技术等先进技术在模型试验测量中的应用及发展,详细分析了模型试验测量技术的研究应用现状及存在的问题,指出今后的发展趋势是将智能科学、数值模拟、物理模型试验测控技术相结合,研究智能模拟与模型试验测控技术相耦合的三维全场测量技术,并分析了其中的关键技术及相应的技术路线.     

小浪底水库模型测控自动化系统 建设与应用

本文介绍了小浪底水库模型测控自动化系统建设与应用。该系统可使自然现象复演、模拟和试验成果在可视化的条件下实现实体模型试验过程的自动控制、数据采集和相关管理,提高了模型试验的测量水平,节省了大量人力资源,降低了试验成本,实现了试验数据共享,为黄河模型测控自动化系统的全面建设积累了宝贵经验。     

深圳河口潮汐模型变频生潮与量测控制系统

 深圳河口潮汐模型量测控制系统由水位、流速、流量测量,加沙控制以及生潮控制设备组成。针对深圳河口潮汐模型水流的特性,系统设备采用了高性能的跟踪式光栅水位仪、光电旋浆智能流速仪以及智能水表流量计,采用循环管道加沙,还设计研制了一种基于变频调速技术的潮汐模拟系统。该模拟系统利用工控机与变频器间串口通讯,对试验过程远程控制,实时控制尾门的开启角度及运转速度,调节模型瞬时进出水量,达到准确模拟潮汐波的目的。在模型试验过程中,该测控系统精确度高,稳定性好,解决了可变溢流宽口门准确模拟潮汐的困难,使潮汐河工模型试验量测技术提高到一个新的水平。     

测控技术在大型模型试验中的应用

以钱塘江河口（含杭州湾）整体模型为例，介绍一些模型试验中使用的国内外先进测量仪器、控制系统及试验设施。着重介绍水泵群变频生潮PID测控系统在模型试验中的应用，详细阐述在大型模型试验中的应用技术。     

河工模型智能化测控设计及开发

将人工智能化引入河工模型试验,提出河工模型智能化测控的涵义,建立以“模型自设计、试验自运行、数据自处理”为一体的全自动河工模型试验新模式,阐述了模型设计、试验及数据处理各过程的自动化流程及实施方法。基于VB(Visual Basic)、ASP(Active Server Pages)和JAVA编程语言,开发了适用于电脑、服务器、移动终端等不同应用平台的智能测控系统。以赣江朝阳大桥河工模型为例,运用智能化测控系统自主完成了模型设计、边界控制、数据采集和数据分析,系统自主对比模型流速与原型流速,经人工验证,分析结果准确可靠。     

水文缆道自动化测控系统研制

为解决水文缆道存在的自动化程度低、操作不便等问题,从系统的功能、原理及软硬件设计等方面入手,开发研制了水文缆道自动化测控系统信号采集与传输、流量测控自动化和流量计算软件等关键模块。与人工吊箱流速仪测量进行的比测试验表明：水文缆道自动化测验控制系统采用的部分技术达到了国际先进水平,在流量、流速及水深等方面的测量误差均满足《水文缆道测验规范》和《河道流量测验规范》的要求。     

河工模型试验计算机测控系统

水利河工模型试验中，水位、流量和流速测控的传统方法普遍存在测量与控制精度低、试验周期长的问题。针对此问题研制出水利河工模型试验计算机测控系统，并将其成功应用于国家“八五”重点科技攻关项目中的河工模型试验计算机测控系统中水位、流量自动控制和流速数据多点同步采集与处理系统，大大提高了模型试验的测量、控制精度和工作效率，缩短了模型试验周期。     

长江对鄱阳湖倒灌影响的微模型模拟

微模型试验技术具有模型规模小、试验周期短和经济性好等优势,可用于研究大范围和复杂系统的江湖关系问题,但国内应用实例较少,其相似理论和模型设计关键技术值得深入研究。基于研究长江与鄱阳湖江湖倒灌规律的需要,探讨了江湖倒灌微模型应遵循的相似律和微模型设计方法,提出了微模型阻力相似及模型物理量测控的解决方案,建立了平面比尺1:6 500、垂直比尺1:150的长江-鄱阳湖-“五河”尾闾微模型。经实测水文资料验证,该模型在水位、流速及长江对鄱阳湖倒灌时间和倒灌流量等方面与原体具有较好相似性,所用模型设计和模拟方法为进一步推广微模型试验技术提供了理论依据,为研究河流、湖泊、河口、海岸等大尺度和复杂水沙运动问题提供了参考。     

鄱阳湖水利枢纽工程对水质环境影响研究

鄱阳湖水利枢纽工程的建设,将改变湖内水动力特性,进而影响鄱阳湖的水环境质量。采用水深平均的二维水动力-水质模型对鄱阳湖现状水动力和水质进行模拟验证,水陆边界模拟采用动边界技术,摸拟"高水湖相,低水河相"的湖泊水域变化特征,水质特性为枯水期水质较差,丰水期水质较好,靠近入湖河口的湖区劣于湖心水质,北部出湖水质较好的现状。模型模拟预测在现状外部入流边界和现状污染负荷条件下,3种不同运行方式下,鄱阳湖湖流的时空形态相应发生的变化和相应水质变化。计算结果表明,枯水期大部分区域的水质浓度下降,但尾闾等部分区域有所升高,开闸泄水期前后,水质较现状水质下降,敞泄期的大部分时间,较现状水质基本相似,蓄水期水质变化不大。水动力特性综合水质浓度的改变,增加了局部水体的富营养化风险。研究结果可为枢纽的建设提供科学依据。     

近60年来长江对鄱阳湖倒灌水量的变化特征

鄱阳湖是长江中下游典型的通江湖泊,其出流特征及水位涨落同时受五河及长江来水的双重影响,进而形成较为复杂的江湖水文情势关系。为研究长江对鄱阳湖作用的变化规律,依据鄱阳湖五河以及出湖控制水文站1956—2016年水文数据,探讨长江对鄱阳湖倒灌水量的变化规律。研究结果表明:鄱阳湖五河七口控制站2003—2016年年平均径流量相比1956—2002年有所降低。鄱阳湖倒灌水量、倒灌天数均与汉口站来水和鄱阳湖入湖水量之差呈较好的正相关关系。2003年后,三峡水库的蓄水或放水在一定程度上影响了江湖作用的季节变化和鄱阳湖流域的旱涝机遇,一定程度上减少了长江对鄱阳湖的倒灌频次。通过对倒灌水量和倒灌天数的分析可知,在1960年代、1980年代和21世纪初,长江上中游来水对鄱阳湖的作用相对强烈;而在1970年代、1990年代和2010年以后,长江上中游来水对鄱阳湖作用较弱。研究成果对于认识变化条件下长江与鄱阳湖江湖关系变化规律具有重要意义。     

长江流域泥沙资源供需矛盾及对策

针对长江含沙率较小但输沙量较大的特点,需要采取一定的措施,在减小或避免其泥沙致灾的同时,将其加以合理利用,实现减灾兴利。根据长江流域干支流主要控制站的水沙实测资料,统计分析了包括三峡水库蓄水运用以来近50余年的长江上游、三峡工程坝下游干流河道与洞庭湖水系、鄱阳湖水系及支流汉江的泥沙输移变化,阐述了长江流域泥沙资源化的主要表现,揭示了长江流域泥沙资源的供需矛盾,并提出了相应的缓解对策。     

“模型鄱阳湖”工程技术可行性浅析

通过对“模型鄱阳湖”实体模型工程模拟技术中的几何比尺变率、模型阻力相似、模型时间比尺、模型控制及量测技术等方面研究分析，探求“模型鄱阳湖”工程技术上的可行性．     

鄱阳湖水文情势演变原因及对策

由于气候变化以及人类活动的影响,鄱阳湖水文情势发生了一定程度的变化,需定量评估不同驱动因子对鄱阳湖水情演变的影响。采用一系列水文指标表征鄱阳湖水文情势,构建BP神经网络模型模拟鄱阳湖水位,通过情境对比分析长江干流流量、鄱阳湖子流域入湖流量以及地形变化对各水文指标变化的贡献率。结果表明:长江干流流量是鄱阳湖7—10月份月平均水位降低的主要驱动因子,贡献率为52%～67%,对年最高极值水位的拉低效应明显,对年最低极值水位起到一定的抬高作用;地形是鄱阳湖12月—翌年3月月平均水位下降的主要驱动因子,贡献率为92%～185%,对年最低极值水位的拉低效应明显。最后对鄱阳湖水资源管理和调控提出一些建议:优化三峡水库运行调度,根据实际情况将三峡水库汛末蓄水时间适当提前;加强鄱阳湖子流域水利工程建设,在三峡蓄水期间增加五河泄流;规范采砂。     

鄱阳湖水利枢纽工程关键技术研究

本文针对鄱阳湖水利枢纽工程修建后将发挥的作用和可能产生的影响,采用现场调研、实测资料分析和数学模型计算等研究手段,从鄱阳湖流域水资源演变趋势及开发利用状况,三峡水库运用对长江中下游河道冲淤变化及江湖关系的影响,枢纽工程对水资源、防洪、湖区水环境和鱼类的影响,枢纽工程合适的下闸蓄水时期和蓄水位,工程闸门型式及鱼道建设等方面进行了研究,试图为鄱阳湖水利枢纽工程项目立项和规划设计提供科技支撑。     

鄱阳湖水利枢纽工程对水质环境影响初步研究

鄱阳湖水利枢纽工程的建设，将改变湖内水动力特性，进而影响鄱阳湖的水环境质量。采用水深平均的二维水动力-水质模型对鄱阳湖现状水动力和水质进行模拟验证，水陆边界模拟采用动边界技术，摸拟“高水湖相,低水河相”的湖泊水域变化特征，水质特性为枯水期水质较差，丰水期水质较好，靠近入湖河口的湖区劣于湖心水质，北部出湖水质较好的现状。根据水利枢纽工程“控枯不控洪”的调度原则，模型模拟预测在现状外部入流边界和现状污染负荷条件下，三种不同运行方式下，鄱阳湖湖流的时空形态相应发生的变化和相应水质变化。计算结果表明，枯水期大部分区域的水质浓度下降，但尾闾等部分区域有所升高，开闸泄水期前后，水质较现状水质下降，敞泄期的大部分时间，较现状水质基本相似，蓄水期水质变化不大。水动力特性综合水质浓度的改变，增加了局部水体的富营养化风险。研究结果为枢纽的有效建设提供了科学依据。     

基于稳定碳同位素比的植物水分利用效率分析——以鄱阳湖湿地为例

植物水分利用效率是表征植物生长状态的一个综合性生理生态指标,对植物水分利用效率的研究有助于揭示变化条件下植物对环境的适应能力。通过在鄱阳湖湿地上布设的3个断面,测定了典型植物样品的稳定碳同位素比δ~(13)C以及断面土壤组成,探究了植物水分利用效率的变化规律。研究结果表明:鄱阳湖湿地植物的δ~(13)C值差异较为明显,变化范围为-14.302‰~-33.134‰,δ~(13)C值的大小可以作为鄱阳湖湿地植物水分利用效率的表征指标;植物类型和土壤水分含量是影响植物水分利用效率的重要因素;鄱阳湖湿地内南荻的δ~(13)C值最大,属C4植物,具有较高的水分利用效率,在水分胁迫条件下更容易生存下来,从而发育为鄱阳湖地区的优势植物种群。研究结论对变化环境下鄱阳湖湿地植被的演变趋势研究具有一定的参考价值。