河工模型的简易自控装置

河工模型是解决工程泥沙问题的重要研究手段。为了保证模型中水流泥沙运动与原型的相似关系,要求按原型中的流量、水位、含沙量和输沙率的变化过程对模型进行控制。但是,在目前的河工模型试验中,为了操作方便,常将连续变化的过程简化为若干阶梯形,在各阶梯内控制稳定的流量、水位、含沙量和输沙率。这样,使模型中的     

水位自控仪(80型)设计及使用

水工模型试验中的水位调节,其中库水位及量水堰水位以往都采用手动(或电动)调节进水阀,辅以手动微调小放水阀,使水位自然稳定在既定数值。采用人工调节的方法较费时间;在模型水头较大、流量较小的有压管道模型中尤其费事,当供水管道的压力略有变化(例如水泵电压波动,使平水塔溢水槽的堰上水头变化,或者合用同一供水管的其他模型流量变化),都会使水库水位大幅度的变化,有时变化幅度达几厘米甚至十几厘米。在我所进行     

淮河入流对长江水流的影响分析

通过模型试验,研究长江不同流量遭遇淮河不同流量时长江沿程水位和局部流场的变化。多组水文条件下模型试验结果的分析表明:淮河入流造成长江水域局部水位壅高较多,对长江行洪不利;入流口以上流速减小会加剧洪水期泥沙的落淤,特别会影响三益桥航道的畅通;入流口以下流速增大,近岸流速的增大对长江护岸工程不利。模型试验结果可为扬中河段进口段的河床演变分析以及三益桥航道浅滩成因分析等提供参考依据。     

模型流量、尾门和水位的自动控制采集系统

为了提高航道模型试验的自动化水平、确保试验数据的精确度和实时性,更准确地拟合天然条件下的实测水文数据,特此研究该系统。系统包含硬件和软件部分,硬件部分主要由流量控制、尾门控制和水位采集。系统具备流量控制范围大、尾门调节周期短、水位数据精度高、软件功能齐全、操作方便等诸多特点,适用于定床、动床模型试验。该成果现已广泛应用在航道模型试验中,经过3年十几个定床和动床模型试验的实际使用,在逐步改进和提高的基础上得到了应用方技术人员的肯定,取得了良好的效果。     

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。     

深圳河四期蓄滞洪区物理模型试验方法研究

深圳河治理工程四期滞洪区模型试验的难点在于非恒定流自动控制系统和下游河道尾门水位控制的不确定性。通过经验公式计算和水槽试验优选模型加糙方案,下游尾门处采用复合堰的控制方法实现水位—流量自拟合功能,对深圳河滞洪区溢流堰结构形式、溢流堰与下游堤防衔接方式,以及溢流堰堰顶高程进行优化试验研究。试验结果表明,优化后的设计方案工效效果显著,可推广至类似滞洪区模型试验控制。     

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。     

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。     

水工模型试验中尾水控制的反堰流分析

应用J. S. MONTES提出的反堰流问题的数值解法,分析了水工模型试验中的尾水控制问题。提出了一套利用薄壁堰控制模型下游水位,使其自动满足给定的水位-流量关系曲线,并使出口段水流具有良好的自相似性的尾水控制方法。实际应用表明,该方法简单易行,效率高,具有实用价值。实测与原型的水位相对误差为2%～5%。     

应用人工神经网络推算洪水流量的计算方法

天然河道洪水期的水位－流量关系，因受洪水涨落率和回水顶托等因素的影响，一般成为非线性绳套状曲线，洪水流量过程的计算往往根据大量实测水位，流量资料，采用定性判断和实践经验手工绘制水位与流量的时序列关系曲线，由水位过程插补求得。本文运用人工神经以向传播模型，引入与流量变化密切相关的水位，涨率，落差等因子，建立多因素相关的人工神经网络推流模型。     

浅析渗流量与库水位变化过程的关系

渗流量是大坝安全监测中的重点关注内容,其变化规律与大坝能否安全运行关系密切。基于某水电站面板堆石坝渗流量监测资料,对多年监测数据进行特征值统计分析及周期性分析,揭示渗流量与库水位的周期性变化规律;研究库水位在上升阶段和下降阶段与渗流量的关系,基于二者变化的不同步特性探求滞后时间,结果发现：对于该电站,是否考虑滞后时间对相关性分析结果影响不大;扣除滞后时间的影响,渗流量和库水位的变化速率在水位上升阶段均大于下降阶段;统计各水位变化阶段,渗流量和库水位变化量的比值Δ_Q/Δ_H,即库水位每变化1 m对应的渗流量的平均变化量,发现该值在水位下降阶段更大;对渗流量进行影响因素敏感性分析发现,库水位占据主导。后续可依据渗流量与库水位的关系构建模型对不同水位变化过程的坝后渗流量变化趋势进行预测。     

土石坝溃坝离心模型试验中水流控制与测量

针对目前土石坝溃坝离心模型试验中存在的问题,研发了一套伺服水阀流量控制装置,显著提高了土石坝溃坝离心模型试验上游来水条件的控制精度,有效降低了模型试验结果的不确定性;建立了土石坝溃坝离心模型试验的水流相似准则;提出了一种采用内置于模型箱端板上的薄壁矩形量水堰测量土石坝溃坝离心模型试验中溃坝洪水流量过程的方法,并通过超重力场下的放水试验,证明了薄壁矩形量水堰的流量系数与离心机加速度无关,采用内置于模型箱端板上的薄壁矩形量水堰可准确测定土石坝溃坝离心模型试验中的溃坝洪水流量过程。     

基于人工神经网络的洪水推流计算方法

天然河道洪水期的水位流量关系，因受洪水涨落率和回水预托等多种因素的综合影响，一般为复杂的非线性绳套曲线。洪水流量过程资料往往依赖大量实测流量资料，根据人脑的定性判断和经验手工绘制水位（或时间）与流量的时序型曲线后由水位过程（或时间）内插求得。本文运用人工神经网络反向传播ＢＰ模型，引入与流量变化密切相关的水位、涨落率、落差等因子建立多因素相关的人工神经网络推流模型。实例应用结果表明该模型的拟合能力强     

灌区输配水分段积分时滞模型及自适应预测控制方法

大型灌区渠道长、流量大、取水口多且分散,积分时滞模型(ID)适用性不强、参数不易率定;以水联网灌区的实时观测体系为基础,研究各取水口流量变化传播的时滞差异、非回水区蓄水量变化对回水区水位的影响,提出分段积分时滞模型(SID),建立在线自适应预测控制(APC)算法,在宁夏西干渠百万亩灌区调试验证。结果显示,基于ID的线性二次型控制(LQ)和模型预测控制(MPC)在水位目标不变时,可稳定水位,但超调量大,在水位目标显著增加时,控制失效;基于SID的模型预测控制(MPC)和自适应预测控制(APC)可将超调量控制在较小范围以内,且APC误差更小、控制效果更优。     

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。     

河工模型试验目标水位突降时尾门水位的控制

针对河工模型试验过程中目标水位下降幅度过大时可能造成尾门开启过度、流速急剧增加,从而导致动床地形冲毁的现象,提出了一种尾门平稳过渡控制的方法。即在试验开始阶段,停止尾门调节器PID(proportion-integration-differentiation)控制模式,采用逐步开启尾门,直至模型水位接近目标水位后再自动转入PID调节模式。在试验过程中,目标水位降幅超过设定的正常幅度后,调节器自动将目标水位变化分解为按阶梯逐步下降的过程,阶梯的幅度和持续时间可以根据实际模型事先整定。将新方法应用到长江防洪模型供水系统,并嵌入到尾门PID调节系统中。试验表明采用这些方法后,能有效抑制目标水位降幅过大时造成尾门的超调,保证了尾门水位的平稳过渡,并且有效提高了尾门控制的平稳性和试验系统的可靠性;新方法使得水位调节平衡的时间有所增加,应根据模型的特性,选择适当的控制参数。     

珠江磨刀门河口日均水位变化及影响因子辨识

珠江磨刀门河口日均水位变动的态势受自然过程与强人类活动的驱动,呈现出明显的阶段性演变与季节性异变。辨识日均水位的影响因子,是河口动力学研究的重要内容,对河口治理和水资源高效开发利用具有重要指导意义。本文通过流量驱动的数据驱动模型,对磨刀门河口沿程主要站点长时间日均水位序列(1959—2016年)进行分解,分解出由地形和海平面边界共同驱动以及仅由上游马口站流量边界驱动引起的日均水位变化。地形和海平面边界共同驱动的结果表明:甘竹-灯笼山河段春夏两季日均水位变化主要由河道挖沙引起,日均水位下降(平均下降0.26 m);秋冬两季则由口门围垦与海平面边界控制,日均水位抬升(平均抬升0.07 m)。仅由上游马口站流量边界驱动的结果表明:春夏秋三季日均水位变化主要由水库蓄水主导,日均水位下降(平均下降0.13 m);冬季日均水位变化受水库调枯影响,日均水位抬升(平均抬升0.03 m);从量值上看,地形和海平面边界对磨刀门河口日均水位变动的影响大于上游水库调蓄作用。     

基于人工神经网络的洪水推流试探

天然河道洪水期的水位流量关系因受洪水涨落率和回水顶托等多种因素的综合影响，一般为复杂的非线性绳套状曲线。洪水流量过程资料往往依赖大量实测流量资料根据人脑的定性判断和经验手工绘制水位（或时间）与流量的时序型曲线后由水位过程（或时间）插补求得。通过运用人工神经网络反向传播（BP）模型，引入与流量变化密切相关的水位、涨落率、落差等因子建立多因素相关的人工神经网络推流模型。实例应用结果表明该模型的拟合能力强，推流计算精度满足实用要求。     

河工模型试验供水供沙系统的自动化控制

介绍了一种采用自动化、智能化改造原来落后的河工模型试验供水供沙系统的成功方案。该方案包括自动供水系统与流量调节控制、尾水水位调节控制、自动加沙控制以及多对象多参量的综合协调控制。该系统实现了模型试验供水供沙全程自动控制,有效提高了试验效率和试验控制的精度。     

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。