冰期明渠非恒定流阻力分析及圣维南方程优化

南水北调中线输水线路自南向北由温暖带进入半寒冷地区,受气温变化影响,将有不同程度的冰情出现,对渠道运行安全和输水效率造成不利影响。以描述一维明渠非恒定流的圣维南方程为基础,对输水线路的冰封段和冰盖段水流阻力进行了分析,进而得到针对冰期水力条件的修正圣维南方程,为冰期渠道水力学数值模拟提供了理论基础。     

长距离渠系冰期运行过渡模式研究

高纬度地区的长距离输水渠系在冬季输水时,冰封初期渠道内水内冰、浮冰和冰盖容易引起冰塞、冰坝等灾害,严重影响渠道输水稳定和工程安全,冰害防治是渠道冬季输水的关键技术.在渠道正常明渠大流量输水状态情况下,根据提前3d寒流预报,通过自动控制手段使全线渠内水流流速降到0.4m/s以下,以便形成稳定冰盖,达到平封状态并过渡到冰期运行模式.采用控制与仿真模型,结合南水北调中线干渠的设计数据,在MATLAB平台上进行仿真计算,仿真结果表明可以在目标时间内完成状态过渡.     

南水北调中线总干渠水热环境分析

水体热量总收支的确定是水渠冰情数值模拟的关键,根据热力守恒方程建立了河渠敞流期热量收支方程。以南水北调中线汤河-惠南庄段干渠为例,通过对干渠沿线6个气象站1986~2005共20 a资料的统计分析,计算了太阳辐射水-气温差、风速等水热环境因素对典型输水渠道水体热量收支的影响。指出太阳净辐射量、气温、风速、相对湿度是明渠冬季热力学及冰情模拟必需要考虑的气象环境资料,而总云量影响相对较小。     

长距离渠道闸门故障扰动及小影响应急调度研究

闸门控制故障是威胁长距离输水渠道正常调度运行的常见风险之一,研究闸门故障工况下渠道水力响应及快速应急调度响应措施对长距离输水渠段安全运行具有重要意义。以南水北调中线一期工程为研究对象,基于通水3 a以来的实际调度运行状况,构建闸门故障扰动一维非恒定流水力学模型,分析渠段的水力响应,并研究应对闸门故障扰动的小影响应急调度措施。计算结果表明:闸门故障扰动下的水力响应与渠道流量、渠段长度密切相关;通过调节旁侧闸门的小影响应急调度措施能尽可能减小事故闸门的影响,维持上下游渠道水位的相对稳定,且响应时间越早越有利于闸门事故控制;事故闸门开度长时间大幅度异常时,需联合临近节制闸、分水闸、退水闸共同调度才能维持渠道正常输水及安全运行。研究成果可为南水北调中线一期工程调度运行应急预案及风险管理提供参考。     

汉江流域多水源多目标多工程联合调度模型研究

南水北调中线工程是我国水资源优化配置的一项战略性基础工程。该工程的兴建能够极大改善京津及华北地区水资源短缺的状况,但同时也会改变汉江流域的天然水文情势,造成流域外调水与流域内用水的矛盾,并且加剧流域内上下游间的蓄泄矛盾、河道内外用水及不同地区和部门间竞争性用水的矛盾等。着眼于全流域的水资源供需矛盾,综合考虑汉江流域内主要水源、主要用水单元及水利工程的运行及联合调度,建立了汉江流域水资源联合调度模型。利用该模型模拟了汉江流域典型年的水资源供需状况,为汉江流域水资源统一配置决策以及南水北调工程可调水量分析提供了方便实用的科学工具和仿真平台。     

南水北调中线总干渠运行调度反馈控制方式研究

针对南水北调中线工程输水距离长、控制建筑物多、无调节水库的特点,对常用的输水渠道反馈控制方式的适用性进行了分析研究。结合中线工程的调蓄小、水位允许变幅小的运行特征,提出了分别采用水位、水量作为被控变量的联合反馈控制方式,并从降低控制难度、提高控制精度出发,提出了嵌套三点控制方式。模拟计算表明,提出的反馈控制方式可以满足中线工程水位控制的要求。     

南水北调中线河北干渠平封水力控制模拟

针对南水北调中线干渠河北段在冬季面临冰情威胁的情况,综合分析国内外河冰相关研究成果,提出干线河北段冬季运行、试运行及运行初期,应从安全角度出发,通过控制全线各断面弗汝德数保证平封冰盖形成.建立了南水北调中线河北段的全线明渠几何模型、简化建筑物模型、全线恒定渐变流、非恒定流模拟模型;确定了冰盖平封的弗汝德数控制目标;模拟计算并分析了水力控制对分水口取水量分配的限制.     

南水北调中线干渠弧形闸门过流能力校核分析

精确的计算过闸流量十分重要,它可以保障渠道保质保量的配水,确保渠道安全运行。基于现有南水北调中线工程总干渠的设计资料,按照弧形闸门闸孔淹没出流的计算原理,应用现行的几种计算弧形闸门过闸流量的公式对南水北调中线总干渠节制闸的过流能力进行计算,并将其结果和设计流量、加大流量进行比较和分析,结果显示部分闸门的过闸流量达不到其渠段设计流量,得出如果按设计流量调水时,渠道的设计流量无法通过闸门,从而导致渠道有漫顶危险的结论。总结了在计算过程中误差存在的原因,并给出了加大闸门宽度以确保实际工程运行安全和经济社会效益最大化的建议。     

引江济汉工程水量调度方案初步研究

以南水北调中线一期工程建成通水,引汉济渭工程、鄂北水资源配置工程开工建设为背景和边界条件,以引江济汉工程设计功能为目标,研究了引江济汉工程水量调度方案。根据引江济汉工程、汉江中下游河道内外用水实际情况,建立了引江济汉工程水量调度模拟模型。以不同规划对汉江中下游河道外需水预测、不同丹江口工程下泄流量为方案变量,初步提出了引江济汉工程水量调度的规则。     

基于控制蓄量法的南水北调渠系运行方式研究

南水北调中线一期工程现运行采取以需定供的供水方式,此供水方式面临用水户临时分水变化的情况。为此,提出了一种基于控制蓄量法的渠系运行方式,该方式可以充分利用渠道自身体积调蓄能力,快速响应各种非计划的分水、退水流量变化,减少沿线需要参与调节的节制闸数量。该方法包括蓄泄运行周期判断、可调蓄体积分析和节制闸日过闸流量生成3个部分。以南水北调中线一期工程陶岔渠首—北拒马河节制闸的渠段为模拟对象进行了验证,结果表明:该运行方式可以满足中线总干渠安全运行和高效控制的要求,提高了总干渠控制系统的灵活性和稳定性,对于大型渠系的复杂分水条件有较好的适用性。