一维河网非恒定流计算程序的初步研究

对以水位、Z、流量Q为未知数的河网水流连续性方程和运动方程采用普列斯曼（Preissmann）4点隐格式进行离散得出差分方程，用三级解法求解，即将水位或流量未知数集中到汉点上，先解出汊点未知数，然后再将各河段按单一河段求解。这种方法可以减少无效的运算和存储量，提高计算效率。采用专门研究编制的计算程序对一个实例进行了计算，其计算结果合理。该方法可用于实际工程计算。     

控制排污总量的河流水质管理——实例介绍

本文以淮河淮南市河段为研究对象,探讨应用总量控制方法进行河流水质管理,制定水污染物允许排放标准。文中涉及设计流量、设计水质背景浓度、河段单元划分、水质模型参数、总量分配的优化计算和允许排放标准体系等问题的讨论。     

重力单水源环状管网优化设计的遗传-线性规划算法

本文首先提出了基管段流量概念，并作为优化变量，建立环状管网流量优化分配的非线性规划模型；又以管道尺寸为优化变量，建立某一流量分配方案下管网优化设计的线性规划模型。在优化设计计算过程中，采用遗传算法求解非线性规划模型及单纯形法求解线性规划模型，两种优化算法交替计算，可确定环状管网优化设计方案。本文提出的方法，是一种有效地解决重力单水源环状管网优化设计的新方法。     

事故污染源目标分布函数中初始概率的确定方法

为解决流域事故性污染源搜索中"初始信息"主观性的难题,基于流域事故性污染源搜索的特点建立了非持久性污染物水质模型,以长江宜宾段为研究对象,采用现场采样室内试验的方式确定了该河段COD综合衰减系数,从而模拟了该河段各排污口在正常排污条件下的扩散浓度,通过与实际监测值的拟合,验证了模型的有效性。在此基础上,运用误差序列建立了获得事故污染源的初始概率的方法以及利用搜索行动对初始概率进行修正的方案,并实现了初始概率向后验概率转化,为流域事故性污染源搜索模型的目标分布函数的确定提供一种客观的科学方法。     

线性信赖域算法在给水管网优化设计中的应用

提出了将给水管网优化设计分解成管径优化和流量优化的方法.对于管径优化,以不同管径管长为优化变量,建立某一流量分配下的线性规划模型.利用管道造价公式和水力计算公式,建立以流量分配为优化变量的非线性规划模型.在计算过程中,采用单纯型法求解线性规划模型,用带有约束的信赖域法求解非线性规划模型,两种算法交替计算.算例表明这一方法是可行的,能得到管网的优化设计方案.     

河网非恒定流数值模拟及应用研究

基于平面二维圣维南方程以及下游水位流量关系,采用非正交的四边形网格,以及水面-流速校正的Simple算法,建立了复杂河网区二维非恒定水流数值模型,采用有限控制体积法(FVM)进行数值计算.为了减少长河段或流量剧烈变化河段的计算误差,模型的数值计算中对下游断面水位流量与内点的数值离散进行了耦合求解.利用大渡河下游沙湾至乐山的河网河段天然实测及拟建安谷水电工程物理模型实验资料,对模型参数进行了率定和验证,并计算出工程前后河段槽蓄量变化.研究成果表明,该数值模型能够模拟复杂河网洪水演进并获得了较高的数值精度.     

潼关-三门峡段水质浓度及污染物削减量计算

针对黄河潼关-三门峡河段有机污染的突出特点,确定了河段水体功能及水质目标.根据水质模型,计算了河段在不同设计流量、设计含沙量条件下各断面的BOD5和CODMn的浓度值.根据水环境容量模型计算出在不同设计流量、设计含沙量条件下该河段的污染物削减量.指出加大上游来水污染物治理力度是提高该河段水环境容量,改善水环境质量的有效措施和途径.     

Memetic算法在水电站负荷优化分配中的应用

针对求解水电站厂内经济运行中负荷优化分配问题时常出现的收敛性差、易早熟等问题,将基于全局搜索和局部启发式搜索相结合的Memetic算法应用于水电站厂内经济运行负荷优化分配模型,用有限制的初始种群生成法来克服水电站机组不稳定运行问题,采用育种算法作为局部搜索策略。三峡水电站厂内经济运行实例计算结果表明,有限制的初始种群生成法能够避开空蚀振动区的影响,保证机组的稳定安全运行;Memetic算法的全局搜索和局部启发式搜索策略能够扩大寻优范围,优化群体结构,提高算法的收敛能力。     

清潩河流域河流环境流量计算与应用

针对北方地区河流环境流量短缺和污染并存的现状,在综合考虑水质保护与水量维持的情况下界定了河流环境流量的概念和内涵,并探讨不同功能目标下河流环境流量的组成。通过分析河流水系特征及河段的空间结构特征,建立了改善河流水质所需环境流量计算模型,同时建立了Tennant和湿周模型计算河流生态系统所需环境流量。利用临颍高村桥的水文水质数据,对清潩河为改善河流水质和生态系统所需环境流量进行了初步评价,为河流应急补水提供了调控建议,并提出了河道应常年保持的流量水平。     

基于自动分段的水位流量关系优化定线研究

笔者在"用于水位流量关系曲线的一类保凸保单调函数"的水位流量关系模型的基础上,通过引入自动分段策略和起始点自适应方式,解决这一模型存在的分段点难以界定和起始点敏感的问题。使用自动分段策略和起始点自适应方式后的模型很复杂,难以使用常规方法率定模型参数。笔者采用领域搜索差分进化算法(NSDE)对模型进行求解。研究结果表明,采用引入新策略的水位流量关系模型可以很好地拟合水位流量关系曲线,减少人工分段的额外操作,领域搜索差分进化算法在该模型优化率定求解中很有效。     

常州市运北主城区畅流活水方案设计与现场验证

为改善常州市运北主城区水环境,采用数学模型计算和现场试验验证相结合的方法,开展畅流活水水环境提升方案研究。依据常州市区域地形和水系情况,确定主城区引水水源、引排格局和引水水量,结合现状工程条件,提出“利用长江优质水源、打造两条清水通道、新建四座活动溢流堰、形成三级水位差”的畅流活水方案。基于Infoworks ICM构建常州市主城区水动力数学模型,模拟澡港河入口水位3.80~4.00 m多种方案下,运北主城区内部河道流量分配情况,确定最佳入城水位,并结合现场试验验证了活水效果。结果表明,常州市运北主城区畅流活水方案实施后大部分河道流量显著增加,流速达7 cm/s以上,多项水质指标达到Ⅲ类及以上水平。研究成果可为其他平原河网地区水环境提升提供借鉴。     

基于CCHE的塔什米里克引水枢纽二维水流数值模拟

基于CCHE软件,采用混合掺长紊流模型,建立了新疆典型河流塔什米里克引水枢纽的二维水流数学模型。针对引水枢纽复杂地形边界的网格独特处理方式,使模拟条件更加贴合实际。模型基于试验,选取了引水枢纽典型流量工况下水流运动进行计算,结果显示了引水枢纽附近的水流流态、流速、流线分布,以及典型断面水面线特征,皆与模型试验吻合良好。表明该数学模型中的零方程紊流模型(混合掺长模型)能够有效地计算低水头引水枢纽水流特性问题,且具有一定的稳定性。     

潮汐河网区闸泵联合调度引水冲污数值模拟

在建立西北江三角洲潮汐河网区水量水质数学模型基础上，以COD为水质模拟因子，模拟分析了枯水期沙口、石啃水闸泵站联合调度引水下佛山水道水环境效应。研究表明：(1)上游沙口泵站引水对河道上、下游水质均有一定改善效果；(2)中游石啃泵站引水能明显改善下游水质，但由于其引水对佛山涌涌口以上河段的水流造成明显的顶托作用，当沙口泵站引水量小于10m3/s时，随着石啃泵站引水量的增加，街边断面水质反而变差；(3)综合考虑各种引水方案下的水量水质模拟结果，要使达到较好的水环境效应，沙口泵站抽水流量应在30m3/s左右，而石啃泵站抽水流量应控制在20m3/s以下。本文研究为潮汐河网区引水冲污决策提供科学依据与理论支撑。     

太湖流域平原河网分流比影响因素

以太湖流域典型分汊河道为例,构建河道二维水动力模型,研究平原河网分流比主要影响因素及其作用机理,并运用岭回归建立了平原河网分流比预测方程。结果表明:平原河网分流比与糙率、支汊过水宽度比、水位差呈正相关关系,与干流流量呈负相关关系,与分汊角度关系复杂;干流流量和支汊过水宽度比是影响分流比的主要因素;构建的多因素平原河网分流比综合预测方程可用于预测平原河网分汊河道分流比。     

赣江入鄱阳湖尾闾东西河分流比变化规律分析

赣江尾闾在南昌段的裘家洲、扬子洲首次分为东、西河,其分流比变化特性直接影响到下游河道的稳定、防洪、航运、水生态水环境等方面的安全问题。影响分流比的因素众多,主要选取了过流条件和入湖水位两个因素,采用资料分析和模型试验的方法,分析了赣江东、西河分流比变化规律及其影响特征。对1998年以来裘家洲分流口东、西汊的断面演变状况进行了对比分析,结果表明:西汊在不同水位条件下的过水面积增大是西河分流比增大的主要因素;西河入湖水力比降降低幅度较东河要小,东河甚至出现了倒比降,这些均是影响分流比的重要因素。为此,进行了试验研究,试验结果表明:东河入湖水位对分流比的影响相较于西河而言更为显著,水位的变化幅度与分流比的变化呈线性相关关系,而且随着流量的减少,对分流比的影响更为敏感;西河分流比的变化与流量呈线性关系,东河分流比与流量则呈幂函数关系。     

基于水动力河网模型的引江泵站规模论证研究

以江苏省南通市引江供水区为例,建立了水动力河网模型,论证了新建泵站的必要性和泵站规模。研究结果表明:仅靠目前五大引水闸自流引江不能满足规划用水的要求;泵站规模越大,抽水量越大,但泵站规模大于180 m~3/s时,内河最低水位的抬高会导致水闸自流引江时间、引水量相应减小,而自引、抽引总水量增加并不明显。从增加供水量、抬高河网水位和影响水闸自流引江量多个方面进行综合考虑和分析,认为新建规模为150 m~3/s的九圩港泵站经济、合理且可行,满足规划用水要求。计算结果较好地反映了滨海感潮河网地区长江潮位、水闸自引、泵站抽引以及河网输水能力与内河水位之间的复杂关系,可为类似区域供水工程的设计提供技术参考。     

施工导流明渠多目标优化设计模型

为优化导流明渠设计方案,以明渠底板高程为设计变量,基于施工导截流系统的整体视角,从明渠导流工程成本、施工强度及导截流风险三方面入手,构建施工导流明渠多目标优化设计模型;采用线性加权和法将模型中的子目标函数耦合为单目标函数,运用粒子群算法求解模型。基于某水电工程实例,仿真分析明渠底板高程与导流工程成本、施工强度及导截流风险的关联特性,通过曲线估计拟合其函数关系式。在此基础上实现了对明渠底板高程的优化调整,验证了模型的可行性及有效性。结果表明:提出的优化模型能够实现导流工程成本、施工强度及导截流风险的综合考虑,尤其是考虑施工截流风险对优化结果的影响,能够有效地降低截流风险及风险损失。     

长江中游黄州河段采砂影响分析

河道采砂等人类活动对河道演变的影响是河流动力学研究的一个重要课题。以长江黄州河段为例,在实测水沙系列的基础上,采用平面二维水沙数学模型研究了不同流量级下工程河段采砂后水位、流速和汊道分流比等变化规律,并模拟了不同典型年水沙条件下洲滩河段演变过程和采砂区冲淤特性。研究结果表明,在不同流量条件下,随着流量的增加,水位和流速变化幅度有所减小、影响程度降低;分流比对平滩流量反应更加敏感,平滩流量条件下分流比有明显增加;三峡水库蓄水运行后,在不同典型水文年条件下,随着洲滩的冲刷后退加剧,布置在洲尾的采砂区泥沙回淤明显。     

基于开源和节流的乌伦古河流域水库群生态调度

针对乌伦古河流域水资源短缺、灌溉挤占生态用水等问题,以生活、工业、灌溉、河道生态基流、河谷林草及补湖生态用水为调度目标,设置开源、节流方案集,建立了以生态缺水量和社会经济缺水量最小为目标的水库群生态调度模型,采用人机对话模拟优化算法求解模型。结果表明:各节流方案的河谷林草和补湖供水保证率能够满足设计要求,缓解了灌溉用水与生态用水间的矛盾,但2017现状水平年和2025远景水平年需水方案的灌溉保证率未满足设计要求;当开源+节流方案调水量超过1.0亿m³时,满足农业灌溉、河谷林草和补湖的供水保证率要求,消除了灌溉用水与生态用水间的矛盾;随着调水量超过1.0亿m³且持续增加,对河谷林草、补湖缺水量、破坏深度等影响不大,推荐1.0亿m³为最佳调水量。     

南水北调引江济汉取水口区河工模型试验研究

通过南水北调引江济汉工程取水口河段河演分析和引水渠进口段河工模型试验,重点研究了三峡工程蓄水运用后取水口河段河道演变规律,引水渠流速流态、进水闸消力池消能情况和沉沙池、沉螺池工程效果等。研究表明:三峡运行初期,取水口河段河势变化不大,对取水工程有利,其研究成果可供工程设计单位采用或参考。