基于水联网及智慧水利提高水资源效能

针对水资源供需系统的“动态性、关联性、预期性、不确定性”,以信息技术当前快速发展和应用的物联网理论与技术为基础,提出了水联网及智慧水利概念：其总体架构是集物理水网、虚拟水网和市场水网一体的现代化水资源系统;其核心特征是实时感知、水信互联、过程跟踪、智能处理;其关键技术是基于云技术的监测、计算和服务,基于多水源高效能的智慧调度,基于多通道优拓扑的精准投递;其核心目标准确预报、精准配送和高效管理,全面提高水资源效能,促进我国水资源高效利用水平的跨越式提升。     

小湾拱坝运行期温度场反演与应力仿真分析

拱坝所处的运行环境复杂,受力状态复杂,其真实的工作状态往往与其设计状态存在一定的差异,因此开展基于坝体温度和变形监测资料,反演坝体与基岩材料参数,仿真坝体的应力状态的研究。通过有限元方法,基于小湾拱坝实测温度,拟合上下游坝面的温度边界条件,并对拱坝运行期温度场进行了仿真;基于变形监测资料,反演坝体和基岩弹性模量;基于反演得到的坝体温度场与材料弹性模量,对小湾拱坝进行应力仿真分析。研究表明:小湾拱坝下游面温度分布总体呈现出两侧坝段高于中间坝段的规律;运行期坝体混凝土的弹性模量相对于试验值约提高30%;在冬季时,上游坝面水位以上部分出现局部拉应力,下游坝面在坝基交界面附近由于应力集中出现局部拉应力,但不至于影响工程安全运行。     

平衡孔对高温高压离心泵性能的影响研究

本文以离心泵为研究对象,采用RNG k-ε湍流模型,对高温高压条件下运行的离心泵叶轮有无平衡孔两种情况分别进行离心泵全流道三维湍流数值模拟,分析叶轮上的平衡孔对泵的性能及轴向水推力的影响,探讨了其减少轴向水推力的效果。数值模拟的结果表明,若平衡孔的大小及位置布置合适,平衡孔对泵的扬程影响较小,使泵的效率略有降低,但对泵轴向水推力的减小是有效的,与不带平衡孔的模型相比,轴向水推力减少约为15%。     

基于熵权法的万安水库汛期分期计算

为全面客观反映流域暴雨洪水季节变化规律,以便对万安水库原有分期进行科学合理论证,研究需对流域降雨、洪水等多项指标进行综合分析。针对各指标对流域分期影响程度具有较大差异的情况,研究采用能灵活度量指标影响效应的熵权法对万安水库各分期指标进行熵权计算,并由计算得到的信息熵值对流域进行汛期划分。将划分结果与原有分期和Fisher方法分期结果进行对比分析。结果表明,基于熵权法的分期与原有分期较为接近,但建议原分期应适当调整。本方法一方面保证了分期的客观与合理性,为决策者提供了更多决策空间,另一方面也有利于对流域各降雨洪水分期指标进行影响程度分析。     

水下自护混凝土与钢筋握裹力试验研究

随着水下自护混凝土技术的推广和应用,其关键工艺参数水下保护剂浓度对水下自护钢筋混凝土结构性能的影响成为关注的热点。基于水下自护技术,在常用工作浓度范围内,对水下自护混凝土的素混凝土力学性能、混凝土与钢筋握裹力、微观孔隙结构开展了试验研究。试验结果表明：在不同水下保护剂浓度下,水下自护素混凝土抗压强度水陆强度比均超过80%;混凝土与钢筋握裹力水陆强度比约在40%～65%,水下保护剂浓度越高,混凝土与钢筋握裹力水陆强度比越低;混凝土基质区域孔隙率和混凝土与钢筋握裹力存在负相关关系;水下保护剂能够有效提升水下自护混凝土的力学性能,但水下保护剂浓度的提升会对混凝土与钢筋握裹力强度造成不利影响。因此,合理选择水下保护剂浓度并增加钢筋用量是提升水下自护钢筋混凝土工程的可靠性的重要举措。     

土石坝裂缝数值模拟方法研究

由于目前土石坝裂缝产生的评判及预测缺乏统一标准,本文采用FLAC3D中可以产生滑动和分离的接触面Interface单元作为土石坝内部的隐含破坏面,以此模拟土石坝裂缝开展,探讨裂缝评判方法。最后,用离心模型试验证明该方法用于模拟土石坝开裂的可行性与合理性。     

复杂应力路径下堆石料的颗粒破碎特性研究

针对堆石料进行了一系列等向压缩、常规三轴和复杂应力路径试验,采用相对颗粒破碎率为度量研究了多种应力路径条件下堆石料的颗粒破碎特性。对不同应力路径下试验过程中的塑性功进行了对比,分析了颗粒破碎与平均应力p、广义剪应力q所做塑性功之间的关系,研究了不同应力路径下三轴试验颗粒破碎的差异和原因。结果表明:模拟心墙土石坝填筑和蓄水应力路径下的颗粒破碎远小于常规三轴试验。多种应力路径下塑性功与相对颗粒破碎率之间存在明显的相关性,并可用幂函数较好拟合。不同应力路径下塑性功分量之间差异明显。常规三轴试验中广义剪应力q所做功占总塑性功的主要部分,不同复杂应力路径试验p,q所做塑性功占比差异较大。     

基于贝叶斯网络的黄河径流预测

基于黄河流域1979—2018年的ERA-Interim再分析气候与水文数据,以及CMIP5中10个气候模式下3种典型排放情景(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)的全球气候变化数据,采用离散数据的处理方法,建立黄河流域贝叶斯网络模型,推断黄河流域近40余年来气候要素对径流的影响概率,预测黄河流域未来径流量。结果表明:1979—2018年黄河天然径流量呈减小趋势,基于贝叶斯网络分区间概率预测预报的径流量也呈减小趋势;黄河流域的不同区间(低、中、高)径流量对气候的敏感程度不同,但径流始终与降水相关性最高;在RCP2.6情景下,黄河流域未来20年、60年的径流量为585.50亿、588.57亿m~3;在RCP4.5情景下,其值为585.42亿、587.53亿m~3;在RCP8.5情景下,其值为593.50亿、585.11亿m~3。     

水力机械转轮流固耦合特性分析与设计要素研究

水力机械种类繁多、流动复杂,转轮流固耦合动力特性及如何考虑设计要素对机组安全稳定运行极为重要。论文基于现代水力机械流动分析技术及流固耦合特性分析方法,对转轮的关键设计要素进行探讨,并展示了本课题组在转轮内部流动物理现象如漩涡、空化、压力脉动、含沙水流运动等的模拟、分析、预测方面的技术方法及成果,以及转轮共振和疲劳破坏的流固耦合动力特性分析案例,并对新电站机组选型设计、老电站改造、新型机组研发方面的工程应用进行分析,同时展望了多场计算技术、转轮寿命预测、信息共享平台建立等方面的发展前景。     

基于流域的县级单元河流水权确权分配

河流水权确权是水资源高效利用的重要措施。基于Hydro30全球高精度河网,以青海省县级行政单元为基本确权单元,提出了确权单元多年平均径流量、多年平均生态环境需水量、未来需水量预测、用水总量控制红线划定等计算和分配方法。首次将河流生态环境需水量分为河流最小生态环境需水量和河流适宜生态环境需水量;利用分解比例法和需水量调节法划定了确权单元用水总量控制红线;基于用水总量控制红线、未来需水量、河流水资源可利用量和地下水取水量确定了确权单元的取水权;确权单元内各条河流的取水权根据尊重历史用水与现状用水原则、生态公平原则、公平与效率原则、可持续利用原则、优化配置原则等综合确定。对于河流自产水量不能满足用水需求的确权单元,在取水量上限为用水总量控制红线的前提下,确权单元可以利用流域内上游过境水。获得了青海省46个确权单元2020年和2030年河流最大取水权和适宜取水权(以西宁市河流水权确权为例)。首次在县级单元对河流取水权进行了确权,可为其他地区河流水权确权提供借鉴。