明渠冬季输水可行性分析——基于新疆某小型引水工程

新疆地区冬季时间相对较长、气温比较低,明渠冬季运行极易发生冰害问题,这对明渠冬季输水的安全性造成了很大的威胁.通过对明渠冰害形成的原因及危害的分析,采用一维对流-扩散模型并结合当地的气象资料,通过计算渠道水体散热率判断明渠是否存在冬季运行结冰问题.在明渠冬季运行出现结冰的条件下,通过分析明渠冬季输水两种主要方式——冰水二相流输水方式和结冰盖输水方式的适用性,合理选择明渠冬季输水方式,保证明渠冬季安全可靠运行.     

南水北调中线工程冬季输水冰情的数值模拟

南水北调中线工程总干渠是由明渠和各种过水建筑物组成的树状系统,特点是线路长、过水建筑物类型多、冰水动力学响应过程复杂。本文将冰情发展模型与树状明渠系统复杂内边界条件下的渠道非恒定流模型进行集成耦合,开发了大型长距离调水工程冬季输水冰情数值模拟平台,提出了树状明渠系统复杂内边界条件的等效变换方法和计算冰盖前缘动态发展的虚拟流动法。根据实测的沿线气象资料和设计资料,利用该平台系统模拟了在寒冷气温条件下总干渠初冰、冰盖形成、发展和消融过程。分析了冬季输水的冰情特性及冰期输水能力,提出了冰期安全运行的水力控制条件,通过对典型年总干渠敞流期、冰盖形成期、稳封期、调度期以及开河全过程的模拟,给出了安全运行输水调度方案及建议。     

对明渠冬季结冰盖运行的几点认识

我国北方地区的明渠，冬季运行常面临冰害问题。，冬季运常面冰害问题，为消除明渠冬季运行冰害，工程实践中学控制水流条件而使其形成冰水二相流输水方式或结 冰盖输水方式。     

典型长距离调水工程冬季冰凌危害调查及分析

以某长距离调水工程为研究对象,基于原形观测资料分析渠道冬季冰情发展规律和存在的冰凌问题。介绍了渠道和建筑物布置特点、不同冬季气象特点和冬季输水运行方式,分析了流冰期、封冻期、开河期的冰情现象,不同年份和空间上的冰情分布特征,总结了长距离输水渠道冰情生消演变的基本规律。基于典型冬季渠道出现的特殊冰凌灾害,列举了冰塞、泵站前池水位下降、分水口流量降低、仪器设备读数失真、渠道衬砌冻胀等冰凌影响事件,分析了气象条件、水力条件和工程布置特点对冰凌危害出现的影响。从调度、工程措施出发,在不同冰期阶段,针对不同渠道和建筑物位置,提出集防、拦、扰、捞、排一体化的冰凌防护措施,为长距离输水工程冬季冰期安全高效运行提供技术保障。     

禅古电站低压管道设计

地处高寒地区的引水式电站,由于气候寒冷,冬季运行有诸多不便之处。特别是动力渠道结冰及水中的絮状冰花常使电站无法正常工作。针对这一问题,在禅古电站工程中决定采用钢筋混凝土低压管道作为输水建筑物。分析了低压管道的优缺点,阐明了低压管道的设计方法。试工程低压管道采用圆形断面,管顶上覆盖松散土保温,从而消除了明渠结冰现象,减轻了冻胀危害,保证水电站在冬季正常运行。     

明渠冬季安全输水措施研究

冬季明渠输水的主要方式有冰水混合和冰盖下2种.冰水混合流对渠道的过流条件要求较为苛刻,运用时受限制较多;冰盖下输水可以实现明渠冬季输水安全运行,但必须控制流冰期渠道的水流流速和水流弗劳德数.冰期输水的注意事项主要有:渠首蓄冰运行、渠道断面设计应采用窄深式、尽快使明渠形成冰盖、冰盖输水宜采用无自由表面输水、提高渠道内的水温等.     

长距离明渠输水系统运行控制方式的研究

文中介绍了4种长距离明渠输水常用的渠道运行的方式,上游常水位、中点常水位、下游常水位、控制容量运行方式。并结合实例对下游常水位和中点常水位运行方式进行计算,模拟非恒定流的典型数学模型,借鉴了特征线法,并用来计算不同的运行条件下的非恒定流过程。     

长距离输水渠道冰期运行控制研究

高纬度地区的渠道在冬季往往采用冰盖下输水,保证冰盖的稳定性是渠道冬季安全输水的前提条件。目前,渠道在冬季的运行控制多依靠经验,开展长距离渠道冰期运行控制研究对实现冰期安全输水是十分重要的。利用数值模拟的方法分析了长距离输水渠道的冰情和水情的变化过程,根据渠道内的冰情演变特性,提出冬季渠道应采用闸前常水位方式运行。鉴于气象预报以及冰情预报可能存在的不确定性,提出采用水位-流量串级的反馈控制算法,建立了渠道冰期运行控制模型,并在控制器内加入解耦环节,以提高渠道的控制效果。并通过南水北调中线干渠的数值模拟实验,对渠道冰期运行控制模型的控制效果进行了验证。结果表明,该冰期运行控制模型可以实现渠道冬季安全、适时、适量的供水目标。     

长距离明渠系统反向输水冰情模拟

针对长距离明渠-闸门-泵站系统冬季反向输水可能出现的冰问题,以南水北调来水调入密云水库调蓄工程为研究对象,升级开发了调水工程冬季输水冰情数值模拟平台。根据实测气象资料和设计资料,对冰情数学模型中的相关参数进行了率定和检验。在此基础上,研究了冰期明渠反向安全输水的水力约束条件,通过模拟调蓄工程典型气温年工况下畅流期、冰盖形成期、稳封期、消融期等冰情演变过程,分析了反向输水的输水能力和冰情特性,并与正向冰期输水能力进行了对比。计算表明,通过控制抽水流量使各渠段泵吸水口拦冰(拦污)设施、倒虹吸或闸门位置处断面佛汝德数满足快速成冰的约束条件,可以保证反向输水;典型年气温下沿程冰厚略小于正向输水工况,且形成冰盖时最大水位波动为0.35 m;从冰封起始的12月中旬提前1~2周启动冬季输水运行工况较为适宜。研究成果可供决策管理部门在冰期制定北京多水源联合调度方案时参考。     

城市再生水利用输水形式分析研究

近年来再生水已经成为北京市水资源的重要组成部分。为了保证再生水利用输水方案合理可行,安全可靠,文中以永定河再生水供水北线工程为例,首先通过大量的调研、实地踏勘,充分了解工程区间情况,完成了明渠输水和管道输水方案,并对两方案工程内容、湿地方案、工程投资、工程实施难度、水质水量保障、水环境和原有工程功能影响分析、工程管理及汛期输水保障等方面进行了详细的分析研究。经比选,虽然明渠方案具有增加沿线河道水面,改善区域生态环境的优点,但存在对北京市自来水第三水厂水源地造成水质污染风险,与区域蓄滞洪功能矛盾,汛期输水调度管理难度大,工程投资高等问题,因此推荐采用管道输水方案。本文提出的再生水明渠输水和管道输水形式的分析论证可供类似城市再生水利用输水方式的选择参考。     

寒冷地区某长距离引水式电站防冰冻设计

某工程为寒冷地区长距离明渠引水式电站,采取水库蓄冰增温、渠道防冰、前池排冰、金属结构防冰冻等防冰措施,为工程冬季安全运行提供了保障,为同类工程设计提供了参考.     

喀麦隆曼维莱水电站无压引水系统瞬变流分析

针对喀麦隆曼维莱水电站无压引水系统明渠的过流能力及其水力瞬变流特性,基于明渠水流的基本方程,推导得到了相应的特征隐式格式算法以及边界条件,建立了长明渠引水式水电站瞬变流分析的仿真模型,并进一步结合工程实例揭示系统的瞬变流特性。与二维水力仿真分析成果进行比较验证分析,可知该水电站水库和压力前池水位差为1.06 m的情况下,引水明渠过流能力不足以通过4×112.5 m~3/s的额定流量。融合明渠的水力特性和压力前池的水位波动特性,水电站水力—机械系统调节保证计算参数的控制值均满足要求,其中明渠出口(压力前池)最高水位为392.362 m,低于相应的渠道末端顶高程394.270 m,满足布置要求。水电站水力—机械系统的水力干扰和小波动过渡过程均满足稳定性要求,且调节品质优良。研究成果可为工程设计和电站运行提供可靠的技术支撑,在合理选择前池容积的前提下,实现对渠道引水能力、渠堤沿线高度和前池最大水位波动的有效控制。     

施工导流在牛栏沟电站的应用

牛栏沟水电站为低水头大流量河床式小水电站,所处关河系山区河流,河道狭窄,洪枯流量相差较大。通过选择合理的导流方案,永临结合,以泄洪闸兼作导流明渠,解决了枢纽布置的困难,减少了导流工程投资,采用3期施工导流,确保了工程安全度汛和发电工期。     

超长引水明渠水电站的过渡过程和运行调度

过渡过程计算分析对水电站安全运行极为重要。基于一维明渠和有压管道的非恒定流基本理论,针对某具有超长引水明渠的水电站,构建了"长引水明渠+压力前池+压力管道+机组"的过渡过程数学模型。根据边界条件,分别利用特征线法计算有压管道的瞬变过程和Preissmann隐式差分法计算明渠的瞬变过程。重点分析了本电站在机组甩负荷工况和增负荷工况下,引水明渠和压力前池中水位和流量的变化过程。并根据明渠浅水波传播慢的特点,针对电站增负荷工况,提出了该电站合理的运行调度方式,既保证了引水明渠及前池的最低水位满足安全运行要求,又保证了电站运行时一定的经济效益,可对类似的工程运行提供参考。     

腊寨水电站取水防沙试验研究

高水头水电站在多沙河流取水发电,取水防沙是水电站需要解决的关键技术。通过多种方案进行模型试验比选并逐步完善布置。结果表明:丁坝结合导流洞明渠加盖为推荐方案,导流洞明渠向库河中心延伸并加盖板,根据水流运动情况布置丁坝,利用导流洞明渠所在地形以及导流洞的运行作用,构成了一个完整的冲沙漏斗。水沙在漏斗内进行分离,分离后的泥沙通过导流洞排放于下游,丁坝上游的泥沙淤积相对较少,下游几乎没有河床沙向下游输移,保证了电站取水口门前清,因此推荐方案是经济合理的。     

核电站融冰数值模拟及回水管布置优化研究

寒区核电站在冬季引水过程中,为了防止水内冰对电站安全运行构成威胁,需要开展防冰设计和研究。利用机组冷却水提升引水渠道中的水温是目前比较理想的水内冰防治方法。本文针对紊流条件下水内冰相变计算难题,提出了紊动条件下水内冰相变计算方法,经过研究发现影响融冰效率的关键在于冷热水掺混时间。于是从结构和运行两个方面进行了优化,以促使冷热水掺混位置向上游方向移动,延长冷热水掺混时间,提高融冰效率。在本算例中,冷却水融冰效率随水内冰质量浓度的增加而增大,当水内冰质量浓度为0.84%时,相应的融冰效率为30%。     

低水头大流量水利枢纽特性与设计优化

历经30多年30座低水头大流量水利枢纽的设计、建设,逐渐认识、利用其特性,给工程带来巨大效益。低水头大流量水利枢纽的正常蓄水位、坝址选择、枢纽布置、施工导流与其他水利枢纽不同,以长洲水利枢纽为例,说明选择一个好坝址、优化施工导流设计给工程带来的巨大效益;以飞来峡水利枢纽为例,说明优化枢纽布置给工程带来的巨大经济效益。利用水头低、坝高低、流量大、坝下水深大的特性,以白石窑水电站为例,土坝采用无围堰筑坝,简化泄水闸消能防冲设施,采取库区防护,改善了工程的经济指标。     

南面沟泵站施工导流的方案比选

泵站施工导流与水文条件、地质条件、交通条件、工程布置和建筑材料等密切相关,常规导流方案一般通过新建临时建筑物来进行导流,利用导流明渠和围堰相结合的方式来保证干场作业,但是新建临时建筑物会增加工程占地与工程投资,对工程的进度造成不利影响。以海南省南面沟泵站为例,提出临时建筑物与永久建筑物相结合的导流方案,与常规方案进行比较,从而选择最佳导流方案。     

两级串联水电站联合调节运行方式的研究

针对长明渠引水和无调节容量的压力前池的两级串联式水电站联合运行方式进行了研究,在对其调试经验分析的基础上提出了"串联运行功率—水位控制"的运行方式,旨在通过计算机控制协调电站联合运行,解决变负荷过程中两级电站间暂时的流量不平衡,并消除电站运行中机组发生事故对联合运行的影响。