南水北调中线工程运行特性及控制方式研究

简要介绍了国家＂十一五＂科技支撑计划项目＂南水北调中线工程关键技术研究与应用＂课题四＂中线工程输水能力及冰害防治技术研究＂所取得的部分水力学研究成果,包括南水北调中线工程输水模拟平台的研制、中线工程数值仿真软件开发、分水口和节制闸的水力敏感性分析、闸前常水位控制算法、穿黄工程节制闸闸前水位确定、冰期输水能力及冰期运行控制等,研究成果紧密结合中线工程的实际情况,可应用于中线工程的运行、调度与管理。     

浅论南水北调中线干线涞涿段冰期输水措施

南水北调中线干线涞涿段是南水北调中线干线的组成部分,从2008年南水北调京石段工程通水以来,中线工程涞涿段已经历了6次冰期输水,冰期运行状况正常。冰期输水通过采取输水调度措施,严格控制水位的变幅,在干渠冰盖形成后通过高水位、低流速调度输水,同时通过在节制闸、控制闸室弧形闸门等处安装闸门门槽加热设备,在闸门前设置增氧扰动设备,配备人工捞冰和破冰机械设备等措施,确保冬期稳定输水。     

一月科普

正Q:天好冷,我冻得发抖,南水北调的输水途中,"南水"也会被冻住吗?A:北方冰冻情况在南水北调工程的设计施工中早有考虑,工程不仅有相应的防冻设备,还有除冰措施。中线工程进入冰期输水运行前,工程全线逐步抬高水位,通过增大过水断面减小流速,便于形成冰盖,以进行冰盖下稳定输水。倒虹吸、涵洞、渡槽等建筑的进口增设安装了拦冰索,防止流冰期间冰屑进入建筑内造成冰害。节制闸闸     

基于遗传程序的南水北调中线水面线计算

目前南水北调中线水面线的推算采用传统恒定非均匀流公式,糙率等水力参数需根据实际情况,定期复核并进行修正,缺乏灵活性。结合中线调度实际,建立了基于遗传程序设计的渠道水面线计算模型,利用遗传程序自动拟合渠段上游节制闸闸后水位与下游节制闸闸前水位、输水流量的非线性关系,从而实现在闸前常水位控制模式下不同输水流量的水面线推算。经在南水北调中线干线工程典型渠段的试用表明,建立的基于遗传程序水面线计算模型灵活性强、拟合精度高、操作方便,具有较高的实际应用价值。     

南水北调中线工程应急调度目标水位研究

以南水北调中线工程为例,建立一维应急调度数值模型,选取典型渠段作为算例,研究中线工程总干渠突发事故应急调度时输水明渠节制闸闸前目标水位的设定对渠道节制闸水位壅高、渠段退水量等参数指标的影响。研究表明:目标水位的设置直接影响到渠道退水量、渠道最高水位壅高。闸前目标水位越高,渠道水位壅高越高,但渠道退水量越小。为提高应急调度的安全经济性应在保证不发生漫顶事故的前提下,尽量加大事故上游渠段节制闸前目标水位。研究成果可为中线工程应急预案的建立提供参考。     

南水北调中线应急调度节制闸预警水位研究

为研究南水北调中线工程总干渠突发事故应急调度时,输水明渠节制闸预警水位的设定对渠道节制闸水位壅高、渠段退水量等参数指标的影响,建立一维应急调度数值模型,选取典型渠段作为算例,对各影响因素进行了计算分析。结果表明,渠道节制闸前预警水位越接近加大水位,渠道退水量越小,闸前最大水位壅高也更趋缓和。因此,为提高应急调度的安全经济性,应选取更接近加大水位的水位值作为闸前预警水位。研究成果可为中线工程应急预案的制定提供理论支撑。     

基于遗传程序的南水北调中线节制闸过闸流量计算模型研究

南水北调中线线路长,沿线分水口门多,且无在线调蓄水库,输水调度技术难度大。输水调度通过调整总干渠沿线各节制闸过闸流量,以满足分水口门的供水需求。目前中线过闸流量计算采用传统水力学经验公式,需根据实测水情数据,定期人工修正公式中参数,灵活性差。本文通过南水北调中线输水调度实践,建立了基于遗传程序结合水力学方法的过闸流量模型,根据实测流量计算流量系数,并利用遗传程序自动拟合节制闸的闸前水位、闸后水位、闸门开度与流量系数的非线性关系,进而实现过闸流量计算。经在南水北调中线节制闸的试用表明,该模型具有很强的自适应能力,灵活性强,拟合精度较高,而且较好地避免了直接拟合流量时泛化能力较弱的不足,具有较强的实际应用和推广价值。     

基于圣维南模型下南水北调中线冰期过流弗汝德数的研究

冰盖前缘水流弗汝德数的大小对上游来冰是否会在冰盖前缘下潜以及冰盖向上游的推进模式有重要影响。基于圣维南模型,研究不同水流弗汝德数下、不同闸前控制水位下的南水北调中线工程汤河节制闸以下各渠池的结冰期输水能力。研究结果表明,同一临界水流弗汝德数控制条件下,各渠池的冰期输水能力并不相同,各渠池临界流速也不相同,变化范围较大。因此,以临界弗汝德数作为渠池冰期输水能力的控制指标更为科学,操作性和可行性更强。     

基于遗传程序的南水北调中线节制闸过闸流量模型研究*

南水北调中线线路长,沿线分水口门多,且无调蓄水库,输水技术难度大。输水调度通过调整总干渠沿线各节制闸过闸流量,实现用水户所需的供水目标。过闸流量计算是中线水量调度模型的重要组成,目前通过传统水力学经验公式进行计算,在输水运行过程中,需不断根据实测水情数据,定期人工修正公式中参数,并更改程序源代码中的参数,灵活性差。本文通过南水北调中线输水调度的实践,建立了基于遗传程序结合水力学方法的过闸流量模型,根据实测流量计算流量系数,并利用遗传程序自动拟合节制闸前、后水位、闸门开度与流量系数的非线性关系,进而实现过闸流量计算。经在南北调中线节制闸的试用表明,该模型具有很强的自适应能力,灵活性强,拟合精度高,而且较好地避免直接拟合流量时泛化能力较弱的不足,具有较强的实际应用和推广价值。     

南水北调中线邯邢渠段非恒定流水力数值模拟

针对南水北调中线输水渠道在非正常运用工况条件下节制闸前水位计算的要求,以MATLAB为软件平台,编制相应的水力计算程序,进行非正常工况运行时的非恒定流模拟计算.通过对非正常工况条件下各节制闸不同工况的水力模拟,计算得到了各渠段节制闸前的水位变化过程及其它要素.分析表明,计算成果基本是合理的.     

双护盾掘进机六边形管片衬砌性能评价

山西万家寨引黄工程8条总长125．84km的引水隧洞中，122．31km采用了双护盾掘进机，六边形管片村砌，取得了速度快、造价低的明显效果。但要求的部分质量指标难以实现，松散、软弱岩层中管片的错位与开裂，引起人们对其安全性能、防渗效果及耐久性的担心。引黄工程的运行实践表明，只要在施工过程中严格要求，在掘进机通过后进行有效的缺陷处理，该类型村砌的安全与防渗功能可以满足要求。在一定洞径范围内，对于以相对稳定岩层为主的隧洞，从工期、造价等因素综合考虑，不失为一个可行方案。在使用过程中，应不断进行检修维护，保证长期稳定运行。     

湛江湾跨海深水盾构隧道外荷载监测试验研究

湛江湾隧道是国内首条采用盾构法施工的跨海隧道,施工及运营期间将承受海底60m水头压力。为了解隧道外侧真实荷载情况,该文创新了深水海底隧道管片外水土压力监测方法,成功有效监测到盾构管片外侧水土压力值。监测成果显示,深水软土盾构隧道外荷载仍以水压为主,水压分布符合静水压强分布规律,监测方法与成果对今后沿海深水软土盾构隧道的设计施工监测具有非常重要参考价值。     

滇中引水工程香炉山深埋长隧洞主要工程地质问题

香炉山深埋长隧洞是滇中引水工程总工期控制性工程,隧洞总长62.596 km,最大埋深1 450 m,具有线路长、埋深大、勘察研究范围广、地质构造背景与岩溶水文地质条件复杂、地下水环境影响敏感等工程特点。勘察期通过大范围线路比选和综合勘察测试研究,逐步选定了隧洞线路并基本查明其工程地质与水文地质条件,对隧洞高地震烈度区抗震与穿越活动性断裂抗断问题、涌突水(泥)与地下水环境影响问题、高地应力与硬岩岩爆及软岩大变形问题、高外水压力问题及穿越煤层、膨胀土特殊岩土工程地质问题等进行了深入分析,为隧洞工程设计、施工提供了可靠的技术支撑,为类似深埋长隧洞的相关研究提供参考。     

北京市南水北调工程配套工程东干渠输水隧洞设计方案研究

东干渠工程是北京市南水北调工程供水环路的重要组成部分,输水隧洞全长44.7 km,内径4.6 m。由于输水线路长、埋深大、内水压力高、风险源多,设计工作面临众多难点,设计采用结构力学、二维和三维有限元等计算方法,取得结构应力分布云图,确定控制工况及应力最大区域,模拟特殊工况下的结构破坏形式,充分确保结构安全可靠。通过将HDPE高密度聚乙烯自粘胶膜防水卷材应用到多层防水设计中,解决了双层衬砌容易发生层间窜水的难题,为达到一、二衬联合受力效果提供了条件。采用地下连续墙围护结构及玻璃纤维筋作为洞门结构配筋,避免了大面积施工降水对环境的影响,提高了盾构进出洞的施工效率。面对众多地铁、铁路、桥梁等风险源,引入了科学的风险管理机制,采取有针对性的风险分级,进行了全面的检测、评估、论证,确保了工程建设顺利完成。     

厄瓜多尔CCS水电站的设计关键技术综述

厄瓜多尔CCS水电站是该国最大的水电站,位于热带雨林地区,受火山地震影响较大。针对泥沙多、地震烈度高、覆盖层深、输水距离长、水头高等复杂自然条件,通过开拓性的设计研究,成功解决了修建特大规模沉砂池、超深覆盖层上的大型建筑物、火山灰中的大洞室、24. 8 km长深埋隧洞、618 m水头的压力管道、大跨度地下厂房洞室群、高水头大容量冲击式水轮机组等遇到的关键技术问题。创新的设计为工程顺利施工创造了条件,保障了工程安全可靠运行,也为水利水电工程建设开辟了新路径。     

穿越高速公路输水工程中盾构法的应用

在输水隧洞穿越八达岭高速公路时,为了保证路面下沉控制在一定的范围内,且保证地下管线的安全,采用盾构法施工方法。在穿越高速路时采用盾构隧道内注浆加固措施,提前进行地面雷达探测并保证施工的连续性;严格控制掘进土压力、掘进速度和出土量;严格控制盾尾同步注浆、二次补注浆和盾构掘进轴线,并采用合理的监控量测与应急预案。确保了输水工程高质量穿越八达岭高速公路,该方法和施工过程对于该类施工具有很好的示范和借鉴作用。     

构皮滩水电站尾水隧洞软岩段开挖及一期支护方案综述

构皮滩水电站尾水隧洞软岩洞段、破碎洞段较长，且岩体开挖后自稳时间短，开挖支护期的安全稳定问题是工程施工的关键。实际施工过程中，通过采取合理的支护手段，有效地解决了尾水隧洞软岩段开挖支护期的安全稳定问题。本文对尾水隧洞软岩段支护进行了较为详细的介绍，可供同类工程借鉴和参考。     

某工程66kV输电线路工程实施阶段水土保持措施

某66kV输电线路工程是为辽东山区某中型水电站隧洞施工架设的配套输电线路工程,水电站工程的总体水土保持方案已获批复。由于输电线路为临时性工程,初步设计的总体水土保持方案中对施工期间的输电线路工程水土保持设计分析与评价论述,主要为原则性建议,缺乏具体的实施措施。在输电线路工程施工过程中,根据施工单位的施工工艺和现场条件,制定了详细的水土保持措施,为工程实施提供了技术支撑,取得了预期效果。本文对此加以介绍。     

中叶水库施工导流隧洞设计方案的优化

导流隧洞与永久隧洞结合,是一种较经济的布置方式,结合规划新建中型水库云南省中叶水库枢纽工程,提出了导流洞与泄洪洞、输水隧洞、放空洞1洞多用的结合型式设计方案的优化设计,解决了临时工程与永久工程相互结合存在的布置困难、施工干扰、施工安全施工进度等问题,为类似水利枢纽工程的施工导流方案设计提供了可参考借鉴的案例。     

盾构下穿复杂区间隧道数值模拟及施工关键技术研究

在城市地铁网的建设过程中,经常出现盾构隧道下穿建筑物、小半径曲线及浅覆土等工程施工重难点。为确保盾构机在推进过程中的不间断运行和沿线风险源的安全,结合天津地铁1号线双林站—李楼站盾构区间的施工实践,针对风险源的特点,提出了盾构始发与接收端头加固方案、区间隧道盾构掘进施工方案等详细措施,并运用MIDAS/GTS有限元软件建立了盾构区间—土体—既有上地站的协同作用整体模型,模拟了盾构区间施工过程,得出协同作用整体模型下既有上地站站房及其独立基础应力及位移变化规律,保证盾构隧道下穿过程中各项风险源的安全。研究成果可为今后类似工程提供借鉴和参考。