南水北调中线工程运行调控的最优水位变幅区间

输水渠道的运行调控是保证渠道安全、高效输水的关键问题。利用一维水力学模型，结合相应的控制方法，针对南水北调中线总干渠这一大型跨流域调水工程，研究了其下游常水位运行方式下的最优水位变幅问题。结果表明，允许水位变幅区间对调控运行过程有着显著的影响，存在一个最优水位变幅区间能够消减渠道水流波动的影响范围，同时渠道能在较短时间内完成过渡过程。该最优水位变幅区间可以作为南水北调中线工程实际运行调控的参考。     

长距离输水渠道冰期运行控制研究

高纬度地区的渠道在冬季往往采用冰盖下输水,保证冰盖的稳定性是渠道冬季安全输水的前提条件。目前,渠道在冬季的运行控制多依靠经验,开展长距离渠道冰期运行控制研究对实现冰期安全输水是十分重要的。利用数值模拟的方法分析了长距离输水渠道的冰情和水情的变化过程,根据渠道内的冰情演变特性,提出冬季渠道应采用闸前常水位方式运行。鉴于气象预报以及冰情预报可能存在的不确定性,提出采用水位-流量串级的反馈控制算法,建立了渠道冰期运行控制模型,并在控制器内加入解耦环节,以提高渠道的控制效果。并通过南水北调中线干渠的数值模拟实验,对渠道冰期运行控制模型的控制效果进行了验证。结果表明,该冰期运行控制模型可以实现渠道冬季安全、适时、适量的供水目标。     

南水北调中线工程冬季输水冰情的数值模拟

南水北调中线工程总干渠是由明渠和各种过水建筑物组成的树状系统,特点是线路长、过水建筑物类型多、冰水动力学响应过程复杂。本文将冰情发展模型与树状明渠系统复杂内边界条件下的渠道非恒定流模型进行集成耦合,开发了大型长距离调水工程冬季输水冰情数值模拟平台,提出了树状明渠系统复杂内边界条件的等效变换方法和计算冰盖前缘动态发展的虚拟流动法。根据实测的沿线气象资料和设计资料,利用该平台系统模拟了在寒冷气温条件下总干渠初冰、冰盖形成、发展和消融过程。分析了冬季输水的冰情特性及冰期输水能力,提出了冰期安全运行的水力控制条件,通过对典型年总干渠敞流期、冰盖形成期、稳封期、调度期以及开河全过程的模拟,给出了安全运行输水调度方案及建议。     

长距离输水渠系控制蓄量运行研究

对长距离输水渠系控制蓄量运行的实现方法进行了研究,建立了一个包含倒虹吸、渡槽、取水口等建筑物在内的长距离输水渠道控制蓄量运行仿真模型。选取南水北调中线工程京石应急渠段作为典型渠系进行计算机仿真,结果表明控制蓄量运行方式可通过对整个输水渠系的水量进行合理调控满足渠系下游流量需求,适用于具有复杂运行要求而又缺少在线调节水库的长距离输水渠道系统。     

国外大型调水工程渠道运行控制综述

与常规的以经验为主的运行方式相比，考虑了水动力学影响、以多渠池串联的整个渠道系统为研究对象的渠道运行控制在增加调水工程的安全性、降低运行成本、提高输水效率等方面能取得更佳的效果。国外关于调水工程渠道控制的研究起步较早，基于非线性偏微分圣维南方程组发展了多种离散化、线性化等简化方法，建立了相应的控制模型，并从不同角度确定了其控制方法以及控制算法。参考已有的研究思路和方法，总结国外渠道运行控制的成果，对我国南水北调工程的运行控制有着重要的借鉴意义。     

渠道运行最优控制与运行模拟仿真

将输水明渠依节制闸分割为若干个串联的渠池,在渠道运行控制的最基本的水力学方程基础之上,建立起渠道运行控制状态空间方程,应用最优控制理论研究渠道自动运行系统的控制器设计方法,根据渠道运行限制条件确定权矩阵的选择,得到最优反馈矩阵.讨论渠道运行模拟仿真的初始条件和方法,根据所设计的最优控制器用MATLAB语言编程,对实验渠道进行运行模拟仿真,说明设置渠道运行方式的必要性.     

复杂内边界长距离输水明渠的一维非恒定流数学模型

大型跨流域调水工程。通常具有输水线路长、沿程过水建筑物类型和数量多的特点。节制闸、分水口及倒虹吸、渡槽等建筑物与水流的复杂作用，造成了长距离输水明渠非恒定流模拟的困难。建立了复杂内边界长距离输水明渠的一维非恒定流数学模型。模型定义和模化了节制闸、倒虹吸和多孔并联渡槽等3种类型的内边界条件，实现了对输水明渠水力过渡过程中水位、流量大幅度变化的无间断连续模拟。模型应用于南水北调中线一期工程总干渠全线和单个闸门的模拟分析。验证了模型的合理性。结果表明，模型能够模拟多内边界复杂输水渠道的水力响应过程，可作为南水北调中线一期工程等跨流域大型明渠输水工程的模拟工具。     

寒区灌区输水渠道运行管理若干问题及对策

灌区输水渠道因线路长、涉及控制型、交叉型水工建筑物较多,因此其运行管理工作相对复杂。针对我国寒区灌区输水渠道在运行工作中存在的冬季渠道输水能力、输水效率及安全运行保障率偏低,渠道运行管理模式相对落后等问题,结合该类地区工程所处实际水文气象以及工况条件,针对性地提出该类区域输水渠道在冰冻期安全运行、渠道信息化、渠系工程管护维修、渠道水量调度以及渠道运行管理制度化建设等方面的运行管理对策和相关措施,可为同类灌区输水渠道工程的运行管理提供有益借鉴。     

梯级泵站输水系统预测控制方法研究

南水北调来水调入密云水库调蓄工程前半段是由泵站、渠道、节制闸等构成的复杂梯级泵站输水系统。为了应对该输水系统经常出现流量不平衡可能带来的水位超出极值约束的问题,建立一种新的预测控制方法,基于恒定流模型建立各渠段的站前水位—流量—蓄量关系,通过水量平衡和插值计算对蓄量和站前水位的时间变化规律进行预测,进而提出控制策略。该预测方法经实际运行数据检验,精度较高、方法简单实用,可用于密云水库调蓄工程梯级泵站输水系统实际运行控制。     

长距离渠系融冰期自动化控制模式研究

开河前,冰盖糙率增加造成渠道水位上涨,有武开河的可能,易形成冰坝;开河时的水力半径和综合糙率突变造成渠道水位陡降,存在渠道衬砌破坏的危险。本文通过分析渠系融冰期的水力响应特性,从渠系运行安全(水位波动幅度和波动速率较小)角度提出渠系融冰期安全输水模式——适时适量的调节各分水口取水量,基于冰情预报建立了渠系融冰期自动化控制管理模型。该模型在渠系安全高效运行的基础上可加快渠系由冰期输水转为正常输水的过程,增大了渠系的输水效益。融冰期的冰盖糙率变化过程是影响渠系水位波动和流量调节量的重要因素,需要通过不同气象条件和流量下的详细原型观测进行分析。     

Simulation and analysis of ice processes in an artificial open channel

The Middle Route Project for South-to-North Water Transfer, which consists of a long artificial open channel and various hydraulic constructions, is a big water conveyance system. A numerical modeling of water conveyance in the ice period for such large-scale and long distance water transfer project is developed based on the integration of a river ice model and an unsteady flow model with complex inner boundaries. A simplified method to obtain the same flow discharge in the upstream and downstream of the structure by neglecting the storage effect is proposed for dealing with the inner boundaries. According to the measured and design data in winter-spring period, the whole ice process, which includes the formation of the ice cover, its development, the melting and the breaking up as well as the ice-water dynamic response during the gate operation for the middle route, is simulated. The ice characteristics and the water conveyance capacity are both analyzed and thus the hydraulic control conditions for a safety regulation are obtained. At last, the uncertainties of some parameters related to the ice model are discussed.     

鄂北地区水资源配置工程设计综述

鄂北地区水资源配置工程多年平均引水量7.70亿m~3,渠首设计流量38.0 m~3/s,输水线路全长269.672 km。本文简述了工程总体布局、输水线路和输水方式及工程设计的主要技术要点。对长3.7 km土洞,夹河套段选择长72.149 km倒虹吸型式,穿越中华山采用长13.84 km TBM隧洞方案,深挖明渠和浅埋隧洞调整为暗涵,以及长联高架渡槽施工方法进行了比选推荐。     

浅析长距离输水渠道冬季运行安全措施探讨

结合新疆某大型渠道长距离冬季非冰盖输水发电运行实践,摸清冰情、冰害及对输水产生的影响,分析研究冬季输水存在的问题,探索冰期输水安全措施,确保渠道工程安全和冰期输水安全,为今后的冬季输水管理提供参考。     

基于真冰模型试验的冰盖稳定性研究

南水北调中线工程在冰期输水过程中宜采用冰盖下输水的方式,输水过程中维持冰盖稳定性 成为输水成功与否的关键。鉴于输水渠道和天然河道的冰盖稳定性不同,本文以真冰为试验对象,开 展了冰盖减压试验和冰盖增压试验,研究了冰盖稳定性与冰盖下水压力之间的关系。研究发现随着冰 盖宽度的增加,冰盖下极限水压力升、降幅度先增大,后减小;而随着冰盖厚度的增加,冰盖下极限 水压力降幅减小,升幅增大。同时由于冰盖对于水压力上升的承受能力显著强于水压力下降。为此, 建议稳定冰盖形成后,应适当调高水位运行,以利于保持冰盖稳定性。     

大型水资源配置工程信息化系统方案设计

大型水资源配置工程由于距离长、涉及环节多,运行调度管理相对复杂。建立信息化系统,利用自动化、通信、测控、水文等现代技术手段,可使决策者在远程实时监控和了解水源地、调节池、配水站等重点部位的水情及整个水流动态,以便对供水管理进行优化及供水设施的检修。文中以大伙房水库输水工程为例,阐述了大型输水工程信息化系统实时监控、调度系统、通信及办公系统综合应用的方案设计。     

基于D-S理论的输水建筑物安全多准则模糊综合评价

为了对输水建筑物运行状态进行全面和客观的评价,构建了输水建筑物运行安全评价指标体系,介绍了多种评价准则,并结合D-S证据理论,提出了融合多个评价指标和多种评价准则的输水建筑物安全模糊综合评价方法。以天津市南水北调工程为例进行评价分析,结果表明:采用基于D-S证据理论的综合评价方法可以避免单一方法评价的片面性,提高评价结果的准确性。研究成果为客观评价输水建筑物运行状态提供了新的途径,为输水建筑物安全运行提供了决策支持和科学依据。     

长距离重力流压力输水工程水锤防护设计探讨

随着城市用水规模不断扩大,长距离输水工程日益增多,水锤引起的爆管严重影响了长距离压力输水工程安全。为解决李家河水库输水工程因管线长、地面起伏大而发生水锤破坏可能性的问题,进行管道分段、阀门选择、运行控制等多种措施综合设计,并采用特征线法进行数值模拟计算,有效保障压力输水工程安全。提出长距离重力流压力输水管道水锤防护需从工程手段、技术措施、运行管理等多方面分析,综合制定水锤防护方案,消除水锤对工程安全的影响。     

楠溪江供水工程设计综述

楠溪江供水工程是浙江省水资源配置的大型长距离供水工程,由拦河闸取水枢纽、输水线路等建筑物组成。工程设计很好地解决了在风景区河道、感潮河道末端复杂地质条件下拦河闸的布置、基础处理、洄游鱼道等技术问题。输水系统采用运行管理方便、节能的有压重力输水方式。工程经过多年运行实践,设计技术成熟可靠,运行管理方便。本文系统介绍了工程设计的方案比选及关键设计技术问题,可为类似工程设计提供参考。     

南水北调中线工程总干渠冬季大流量输水 水温调控措施

为保障南水北调中线工程冬季输水安全，利用建立的总干渠全线一维水温模型，针对 350、280、210 和 150?m3/s?这 4 种不同输水流量方案，模拟分析各方案在强冷冬、冷冬、平冬和暖冬等典型冬季气象条件下总干渠 冬季输水保温效果，在此基础上提出总干渠冬季无冰盖大流量输水水温调控措施。结果表明：针对不同典型冬季 气象条件，在有限条件下采取无冰盖大流量输水调度运行方式，可不同程度缩短输水流动时长、减少沿程水体热 量损失，从而达到保温效果；在各典型冬季年份气象条件下，随着总干渠输水流量增大，沿程水温比降相应减缓， 明渠末端水温相应提升；在冬季气象条件适宜情况下，总干渠冬季采取无冰盖大流量输水水温调控措施，既有利 于减小水温降幅，同时也可有效解决冬季输水能力受限问题；建议根据总干渠中短期气温预报和水温预测情况， 在冷冬、平冬和暖冬等典型冬季气象条件下尽可能采取较大输水流量输水模式，在强冷冬气象条件下可分时段、 分渠段采用无冰盖大流量输水模式。     

基于节点的长距离输水系统网络结构抗毁性测度

为量化长距离输水系统网络结构抗毁性,根据输水系统拓扑网络特征,分析输水节点结构重要性与网络结构抗毁性的耦联关系;从节点中心位置、节点被并行中心节点替代程度两个维度,刻画输水系统节点位置对网络结构抗毁性的影响,建立耦合中心性、容毁性的节点结构重要性表达;通过计算平均节点结构重要度,确定节点对系统破坏贡献程度,分析节点结构重要度离散水平,综合表达输水系统网络结构抗毁性。工程案例表明:处在中心且不可替代的节点最重要,对网络结构抗毁性影响最大,应重点监控并优化;节点结构重要度分布越离散,网络结构抗毁性越低。该方法可为从长距离输水网络结构视角分析其系统可靠性提供定量测度手段。