随机分析方法及其在水击和调压室涌浪中的研究进展

介绍了随机分析方法在水利工程中的应用,包括工程上建立随机模型的方法和对模型的求解研究。综述了1997年以后水电站水击与调压室涌浪随机分析的现状、新的研究方法和研究成果。主要研究成果有:证明了调压室涌浪随机模型存在唯一的均方解;推导出了水头损失和最大相对涌浪值的密度函数计算公式;求解了调压室涌浪解过程的联合密度函数和简单水力系统的水头均值过程等。针对研究现状,提出了水电站水击与调压室涌浪随机分析的3点建议。     

螺丝湾水电站调压室原型观测

文章介绍了螺丝湾水电站调压室涌浪和水压压力的原型观测成果，并与模型试验成果进行比较，结果表明：变态模型试验能较准确的预测实际工程中发生的涌浪过程，对水击压力过程的预测硝差一些。     

水电站尾水调压室型式的试验研究

目前，水电站的尾水调压室大多采用简单式型式，为了比较它与差动式和阻抗式尾水调压室的优劣，作者对三种型式的尾水调压室从水击波的反射特性、调压室的涌浪高低、水头损失的大小，以及工程结构的难易等方面进行了对比试验．本文通过对试验结果的分析和研究，评述了选用至动式或阻抗式尾水调压室比选用简单式尾水调压定更为经济适用，文中并有举例计算．     

基于调节保证的上游调压室最佳 位置的确定

通过分析设有上游调压室水电站机组甩负荷蜗壳压力变化的特点,得出当调压室最高涌浪引起的压力上升与水流惯性引起的压力上升相等时,对应的调压室位置为最佳位置。继而结合阻抗式调压室最高涌浪计算式及水击压力计算公式,推导得出基于调节保证的调压室最佳位置计算式,同时通过数值计算对计算式进行了验证,并探讨了计算式的适用条件。最后结合工程实例分析了最佳位置随阻抗孔口面积的增大、调压室面积放大系数K的减小,而减小的规律性。     

调压室阻抗对水击压力的影响

针对阻抗式调压室不能完全反射水电站压力钢管传来的水击波的实际特性．导出了阻抗式调压室的阻抗系数和该处水击波透射系数之间的关系；以水击计算的特征线法为基础，提出了考虑调压室对水击波不完全反射时的水击压强计算方法；实例对比说明，设置阻抗式调压室时，不仅阀门处的水击压力比用常规方法计算的值高，而且引水隧洞也承受着一定的水击压力。     

设置气垫式调压室的尾水系统水力过渡过程计算

本文对设置气垫式调压室的水电站尾水系统水力过渡过程计算方法和电算程序作了详细介绍,并给出了气垫式调压室的稳定断面计算公式。电算程序可同时计算调压室涌浪和尾水管道中的水击,不仅可用于计算设置气垫式调压室的尾水系统水力过渡过程,也可用于计算设置常规调压室的尾水系统水力过渡过程。     

上游串联双调压室系统合理尺寸选择的研究

为了研究上游串联双调压室系统(主调压室为阻抗式,副调压室为简单式)合理的主、副调压室尺寸,结合长引水隧洞水电站工程实例,采用水锤计算的特征线法,运用过渡过程软件建立模型,对压力引水系统过渡过程进行计算研究。分析了主、副调压室不同直径组合下的调压室最高涌浪水位、波动衰减率和蜗壳末端最大水锤压力的变化规律。研究表明:对于布置双调压室系统,随着副调压室直径增大,主调压室阻抗孔对水锤压力的影响减弱;阻抗孔直径有一个临界值点,低于该点,副调压室最高涌浪水位随阻抗孔直径的增加而降低,高于该点,则上升;若副调压室直径过大,则主、副调压室水位波动衰减较慢。研究结论对类似工程合理地选择主、副调压室直径有一定参考作用。     

新型调压室差动孔尺寸变化对水力过渡过程的影响

结合新型组合调压室阻抗式、溢流式和差动式的特点,建立了的基本方程及边界条件,结合算例对新型组合式调压室差动孔尺寸变化对隧道末端压力、调压室涌浪水位、蜗壳末端压力的影响进行了分析。结果表明:差动孔尺寸变化对新型组合式调压室水力过渡过程具有一定的影响,其结论对进一步研究新型组合式调压室过渡过程有良好的指导作用,对推进新型组合式调压室在水电站中的应用有很大帮助。     

调压室位置对调保参数的影响

调压室位置是影响调保参数的主要因素之一。本文针对上、下游调压室及不同调压室型式进行理论分析及数值计算,证明了调压室对调保参数的作用存在最佳临界位置和变化不敏感的范围。该结果有利于地下厂房和调压室的布置,缓解了洞室围岩稳定和过渡过程之间的矛盾。究其物理本质,在机组特性、导叶关闭规律确定的前提下,蜗壳最大动水压力及尾水管最小压力主要取决于压力管道的水击压力、调压室涌浪水位两者的叠加。由于管道总长度不变,移动调压室位置,两者所起的作用相互消长,所以并非调压室越靠近厂房对调保参数越有利。     

不同体型调压室的瞬态水力特性对比分析

由于地形特征和调压室断面积的不同,水电站调压室体型也多种多样,从而使水电站过渡过程具有不同的瞬态特性。本文采用基于特征线法的一维计算及基于CFD方法和VOF模型的三维计算,比较了T型截面调压室和π型截面调压室过渡过程中的瞬态水力特性。一维计算结果表明,两种体型的调压室涌浪及调保参数随时间的变化规律相同,且调保参数均在控制范围以内。一维与三维的结果基本一致,但三维计算可反映液面的真实波动,即T型调压室在机组甩负荷工况下产生较大的涌浪波动,启动工况下产生立轴旋涡,并迅速蔓延到升管内,可能会影响水电站的安全运行。而π型调压室中的水流流态较平稳,未产生吸气旋涡。因此,采用π型截面的调压室更符合工程需要。     

NUMERICAL STUDY OF WATER LEVEL FLUCTUATION IN BULL-HORN SURGE CHAMBER IN PIPE SYSTEM DURING WATERHAMMER

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＷａｔｅｒｈａｍｍｅｒｉｎｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｉｓｕｓｅｄｔｏｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｉｎｗｈｉｃｈｐｒｅｓｓｕｒｅｓｕｒｇｅｓｏｃｃｕｒｆｏｌｌｏｗｉｎｇａｓｕｄｄｅｎｃｈａｎｇｅｉｎｔｈｅｆｌｏｗｒａｔｅｉｎａｐｉｐｅｓｙｓｔｅｍ .Ｔｈｅｃｈａｎｇｅｉｎｆｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔｙｍａｙｂｅｉｎｄｕｃｅｄｂｙｖａｌｖｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ ,ｃｌｏｓｕｒｅｏｒｏｐｅｎｉｎｇｐｕｍｐｓｔａｒｔ ｕｐｏｒｓｈｕｔ ｄｏｗｎ ,ｆｌｕｉｄｉｎｊ…     

香港沿岸台风暴潮灾害联合强度概率分析

以香港东部鲗鱼涌和大埔滘两个验潮站的风暴增水数据为基础,以1999-2018年影响香港的台风过程所引发的风暴最大增水为研究对象,利用广义极值分布分别对两站的最大台风增水进行一元拟合,并基于二元Copula函数,构造两站最大台风增水的联合概率分布,根据其联合重现频率进行潮灾的联合强度概率分析。研究结果表明:两站台风暴潮最大增水变量的联合重现频次能够反映台风在香港东部引发的风暴潮的强度,这种联合概率分析较一元分析有更强的地区适用性。     

溪洛渡水电站尾水系统水力动态特性试验研究

结合溪洛渡水电站引水发电系统整体水工模型试验，揭示了水电站三机一室一洞典型尾水系统布置条件下的一些特殊的水力动态特性，试验表明，模型试验中所发现的一些动态水力特性，如调压室涌波的伴生振荡、明满流的发生条件、调压室不同连接型式对水锤波的反射等，对工程设计的影响是重要的，其研究成果可为工程设计提供更为可靠的设计依据。     

大型轴流泵站停泵水锤的调压塔防护研究

本文结合湖南省官塘泵站的工程实践，对大型轴流泵站停泵水锤进行了计算分析研究．官塘泵站采用64ZLB—50型轴流系，二台机组并联后经压力水箱再汇流至一干管的输水方式．由于拍门在停泵的水力过程中迅速关闭，致使水锤压力骤然升高，压力水箱和出水管出现裂缝而影响了泵站的正常运行．为此提出了采用调压塔进行水锤防护的技术措施，研究表明，在大型轴流泵站中，调压塔是一种经济、安全、可靠的水锤防护措施．     

长距离输水管线中空气阀和单向调压搭联合作用的水锤防护研究

在长距离输水管线中,当事故停泵时,管路会产生负压,甚至出现汽化和液注分离,如果不采取合理的防护措施会导致管线的破坏。根据气液两相水锤计算模型,结合某长距离输水工程水力过渡过程数值模拟计算,利用空气阀和单向调压塔联合作用,并配合泵后阀门2阶段关闭的防护技术,有效地控制了管线的水锤压力。     

Analysis of Rainfall Severity and Duration in Victoria,Australia using Non-parametric Copulas and Marginal Distributions

The analysis of joint probability distributions of rainfall characteristics such as severity and duration is important in water resources management. Deriving their distributions using standard statistical techniques are often problematical due to its complexity. Standard methods usually assume that the rainfall characteristics are independent or that their marginal distributions belong to the same family of distributions. The use of copulas based methodologies can circumvent these restrictions and are therefore increasingly popular. However, the copulas and marginal distributions that are commonly used belong to specific parametric families and their adoption could lead to spurious inferences if the underlying assumptions are violated. For this reason, we recommend a nonparametric or semiparametric approach to estimate the joint distribution of rainfall characteristics. In this paper, we introduce and compare several copula–based approaches, each involving a combination of parametric or nonparametric marginal distributions conjoined by a parametric or nonparametric copula. An empirical illustration of the different approaches using rainfall data collected from six stations in the state of Victoria, Australia, demonstrated that a nonparametric approach can often give better results than a purely parametric approach.     

Effect of Extraordinary Large Floods on at-site Flood Frequency

The peak flow of extraordinary large floods that occur during a period of systematic record is a controversial problem for flood frequency analysis (FFA) using traditional methods. The present study suggests that such floods be treated as historic flood data even though their historical period is unknown. In this paper, the extraordinary large flood peak was first identified using statistical outlier tests and normal probability plots. FFA was then applied with and without the extraordinary large floods. In this step, two goodness-of-fit tests including mean absolute relative deviation and mean squared relative deviation were used to identify the best-fit probability distributions. Next, the generalized extreme value (GEV), three-parameter lognormal (LN3), log-Pearson type III (LP3), and Wakeby (WAK) probability distributions were used to incorporate and adjust the extraordinary large floods with other systematic data. Finally, procedures with and without historical adjustment were compared for the extraordinary large floods in terms of goodness-of-fit and flood return-period quantiles. The results of this comparison indicate that historical adjustment from an operational perspective was more viable than without adjustment procedure. Furthermore, the results without adjustment were unreasonable (subject to over- and under-estimation) and produced physically unrealistic estimates that were not compatible with the study area. The proposed approach substantially improved the probability estimation of rare floods for efficient design of hydraulic structures, risk analysis, and floodplain management.     

台风环境下海水抽水蓄能电站上水库超高计算评述

台风环境下海水抽水蓄能电站上水库的超高计算尚无成熟经验可循,如何合理计算超高是上水库设计急需解决的问题。在分析海水抽水蓄能电站超高计算关键问题及其特点的基础上,对台风风场、风暴潮及台风浪预报模型的研究进展进行了回顾与评述。分析指出在超高计算中应对上水库地形对台风边界层的影响、台风中心扫过上水库的极端情况、风速风向快速变化条件下风暴潮的动态响应等问题予以必要关注。为发展超高计算方法,建议加强小局域台风风场关键参数的概率分布研究和相关性分析,开展风暴潮及台风浪模型在小尺度孤立封闭水域的适应性研究,加强台风和风浪数据的观测。     

库区滑坡涌浪三维数值模拟分析

针对某水库库区的3#变形体滑坡涌浪问题,采用三维数值模拟方法分析库区滑坡涌浪传播过程,研究网格尺寸对数值分析计算精度的影响,同时建立1∶280的水工物理模型进行验证,并与潘家铮法计算的涌浪高度进行对比。结果表明:数值分析计算精度与模拟网格尺寸、涌浪剧烈程度及涌浪传播距离有关;三维数值分析和物理模型试验得到的涌浪高度变化曲线的趋势基本一致,涌浪传播至坝前时,各种方法得到的坝前涌浪高度误差较小,数值分析结果可作为大坝安全影响的评价依据。3#变形体形成的涌浪在第4次波峰（t=151 s）时超过坝顶超高约8.37 m,仅占最大坝高的3.3%,且过流量有限,不会对大坝安全构成威胁。