输水渠道中分水口和节制闸的水力敏感性分析

通过建立渠道输水系统的非恒定流数学模型,以京石段应急供水渠道为研究对象,分析了影响渠道建筑物水力学特性的主要因素,模拟计算了分水口和节制闸敏感性指标。结果表明:分水口分水流量变化幅度和节制闸开度变幅是影响渠道水位的关键因素;分水口敏感性指标沿流向递增,节制闸敏感性指标随流量的增大而减小。     

渠道超高设计探讨

为适应长距离、大流量的输水渠道超高设计,采用节制闸控制技术,考虑了水流涌波,通过典型渠道的非恒定流水力学数值模拟方法,研究了大量渠道水流变化过程中水位变化幅度的案例。根据模拟计算结果,拟合出一条流量─最小超高值关系曲线,供渠道设计参考。     

桥梁壅水数值模拟计算

根据非恒定流基本方程组,建立平面二维非恒定流桥梁壅水数学模型,通过数值模拟计算桥梁壅水值。桥梁壅水数值模拟计算,弥补了经验公式及物理模型的缺陷,为工程建设决策提供了依据。     

棱柱体渠道水面曲线的分析与计算

棱柱体渠道恒定非均匀流是我们在工程设计中经常遇到的一种流态。人工开挖渠道中修建的建筑物（闸，桥梁，涵洞）都能使渠道中水流产生非均匀流量。所以，正确地分析水面线的变化型式及其位置，以便确定明渠边墙高度，以及回水淹没范围，在工程实践中具有十分重要的意义。...     

灞河橡胶坝库区一维非恒定流数学模型的构建与应用

阐述了一维非恒定流水沙数学模型构建的基本原理,并应用圣维南方程以及非恒定泥沙连续方程建立灞河橡胶坝库区一维非恒定流数学模型,进而利用该模型对灞河橡胶坝库区的河床演变进行了模拟计算.结果表明:灞河B#橡胶坝库区的模拟计算结果与物理模型试验结果符合良好;且在计算库区各时段河底高程变化中具有较好的精度.     

明渠结合有压管调水系统的水力瞬变计算

研究了明渠结合有压管调水系统水力瞬变的数值模拟，采用明渠非恒定流基本方程同时描述明渠的非恒定流和管道的有压汉，对有压流动采用了窄缝法求解，此外，研究了用非恒定流计算方法求解恒定流动，并提出了保证数值计算收敛的措施和方法，作为应用，模拟计算了正在修建的东深供水改造工程的恒定流和水力瞬为流。     

渠网非恒定流图论原理

基于明渠非恒定流普里斯曼的隐式差分方法,采用矩阵线性变换建立了渠道进出口流量与水深的线性方程。提出了新的渠网非恒定流图论原理,包括适应渠网非恒定流特征的节支关联矩阵A的构建方法及性质分析,基于A的节点连续性矩阵方程和节点水深矩阵方程等。应用矩阵分析方法,推导出渠网非恒定流的节点分析法数学模型,最后给出应用实例。     

桥渡非恒定流水工模型试验研究

扼要介绍非恒定流模型试验的理论基础(模型水流与原型水流的相似准则),我院为开展非恒定流试验研究而研制的试验设备与仪器,以及针对水库溃坝水流、潮汐水流、涌潮水流、天然河道水流等不同类型非恒定流对桥渡建筑物影响所进行的试验研究特点、研究成果和发展进程。     

几种标准断面临界水深、临界底坡正常水深计算通用程序

1 引言水工输水建筑物中,常常采用渠道、涵洞、渡槽等明渠水流。均匀流的运动规律是渠槽水力设计的基本依据,均匀流的特征及其形成条件在分析明渠非均匀流问题时有重要作用。明渠内均匀流动的水深称为正常水深 h_0。临界水深 h_k 是明槽恒定流中判别流态的依据。因此,在明渠水流的水力分析中,计算临界水深 h_k 及正常水深 h_0就具有很重要的意义。     

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。     

运动船体甲板上浪的三维数值模拟

本文充分利用势流理论方法和CFD技术各自的优势建立了一种能够准确地再现甲板上浪现象的数值模拟方法.基于Fluent软件平台的二次开发,实现了浮体在波浪中遭受甲板上浪作用的数值模拟.船体的运动规律通过势流理论计算给定,在上浪现象模拟计算时,船体的运动采用移动网格技术实现.文中就迎浪状态下的运动FPSO模型所遭遇的甲板上浪进行了三维数值模拟研究,甲板上水体流动及其对结构物的冲击载荷与试验结果吻合良好.研究表明,该方法对上浪机理能给出较为清晰的描述,为进一步分析预报甲板上浪对浮体结构物的破坏作用提供了基础.     

基于目标库容曲线的水库出流模拟模型

随着水库的不断建设，水库对水循环的影响越发重要，水库出流过程已成为陆地水循环的重要一环。为了模拟水库对水循环的影响，需要构建水库出流模拟模型（Reservoir Outflow Simulation Model，ROSM）模拟水库的出流过程，然而，目前提出的ROSM仅适用于预设运行模式的水库，通用性不强。本文假设水库在年内不同季节的目标库容构成目标库容函数曲线（Target Capacity Curve，TCC），通过为不同水库设置不同的TCC提高ROSM的通用性，并从两方面考虑TCC对水库出流的影响，提出了两种模型结构：（1）水库在目标库容较高的季节倾向于蓄水，出流减少，在目标库容较低的季节则倾向于放水，出流增加；（2）水库出流应使得实际蓄水量接近目标库容。根据两种模型结构，构建了4种基于TCC的ROSM，并将其与常用的ROSM应用于长江、珠江、黄河流域的26座水库中。结果发现：（1）考虑了两种模型结构的ROSM的出流模拟、蓄水量模拟表现均为最优，说明所提出的两种模型结构合理有效；（2）考虑了TCC的ROSM模型在多年调节、年调节水库中的出流模拟精度、蓄水量模拟精度均远超其他ROSM，说明考虑TCC可以有效提高在这两类水库的模拟精度，提高了ROSM的通用性。     

A software-based sensor for combined sewer overflows

A new methodology for online estimation of excess flow from combined sewer overflow (CSO) structures based on simulation models is presented. If sufficient flow and water level data from the sewer system is available, no rainfall data are needed to run the model. An inverse rainfall-runoff model was developed to simulate net rainfall based on flow and water level data. Excess flow at all CSO structures in a catchment can then be simulated with a rainfall-runoff model. The method is applied to a case study and results show that the inverse rainfall-runoff model can be used instead of missing rain gauges. Online operation is ensured by software providing an interface to the SCADA-system of the operator and controlling the model. A water quality model could be included to simulate also pollutant concentrations in the excess flow.     

高坝泄流诱发底流消能泄水建筑物振动特性试验研究

通过研究高坝泄流诱发底流消能泄水建筑物振动特性与主要影响因素,建立某中表孔交叠底流消能水电站1:80水力学模型,模拟了其实际泄洪工况。通过控制单一变量原则,研究上游水位、下游水位、中表孔开度等因素对场地振动的影响,得出结论:(1)泄流诱发各泄水建筑物振动具有明显的规律性,上游水位一定时,随下游水位的升高,中孔处振幅增大,消力池底板处振动减小;(2)当上游水位升高,各结构振动有所增强,但与流量增幅相比,振动强度增幅可忽略;(3)中孔泄流存在明显的不利运行区,孔口局开6 m时振动最为剧烈,在工程应用中应避开明显的不利运行区,可通过适当控制下游水位,抬高上游水位,以达到减振目的。     

过渡单元和层合单元在混凝土三维温度场仿真计算中的应用

为模拟施工期混凝土分段成层浇筑的温度场，提出12结点与10点双线性过渡单元和层合单元模型，运用双线性过渡单元可以解决在网格浮动过程中混凝土段与段之间单元交界面的温度和位移的协调性，运用层合单元可以在不降低计算精度的前提下使计算规模显著降低，大大提高了计算效率，甚至使某些复杂超大规模的水工结构问题的仿真求解大为简单。     

WEAP模型在天津市滨海新区水资源与水环境管理中的应用初探

为模拟滨海新区经济社会快速发展下水资源水环境的变化,并研究经济产业结构调整与水资源水环境承载力的关系,为区域产业结构调整及水管理决策系统的优化提供支撑,本文选取2006年为现状基准年,结合滨海新区战略发展规划,应用WEAP模型对新区水资源水环境承载力进行了预测分析.结果表明:产业结构及水管理决策的优化能够提高新区水资源与水环境的承载力.     

开潭水利枢纽河道行洪影响分析

采用无结构网格的有限体积法二维数学模型,模拟浙江省丽水市开潭水利枢纽工程建设对上游铁路大桥行洪的影响。根据河流的特点,采用四边形和三角形混合网格剖分,并耦合过闸的水力计算,对方程联立求解。结果表明该模型能较好地模拟河道的水流特性和涉水工程建设后的影响,成果为管理部门决策提供了依据。     

基于三维有限元的防洪闸底板内力计算方法研究

随着防洪闸等水利工程趋向于大型化与复杂化,传统方法很难准确计算大体积复杂混凝土结构截面应力应变状态。针对上述问题,根据某防洪闸工程实例,利用Midas GTS NX软件建立了防洪闸及其附属结构的三维有限元模型,模拟分析了不同工况下防洪闸闸室底板变形特征。结合基于文克勒地基梁的基床系数法和基于应力积分方法的三维有限元法,对比研究了防洪闸底板内力特性,发现基于应力积分的三维有限元法能够很好地模拟实际工程结构的受力特性,而基床系数法由于忽略了边荷载作用,低估了底板的最大负弯矩;利用三维有限元模型进一步探究不同范围边荷载单独作用下闸室底板结构变形特征与内力特性,结果表明闸室水压力和相邻闸室结构荷载的影响最大,在实际计算中垂直水流向1.5倍基础宽度范围内边荷载作用应重点考虑。     

Implicit Finite-Volume Scheme to Solve Coupled Saint-Venant and Darcy–Forchheimer Equations for Modeling Flow Through Porous Structures

In hydrodynamic modeling of flow through porous structures, the solution domain might encounter discontinuities. These include, for example, porous structure-open channel interface, porous dam-break, and heterogeneous porous structures. The treatment of discontinuity is challenging within a numerical scheme as it can be a source of instabilities. This study proposes a finite-volume method to solve coupled Saint-Venant and Darcy–Forchheimer equations for simulating free-surface flow through porous structures. For capturing shocks arising at discontinuous regions, an upwind scheme is utilized to maintain the solution monotone. Fully implicit methods can allow the choice of longer time steps. Since the current problem involves two nonlinear systems, namely the open-channel and seepage flow equations, the Picard method is adopted to linearize the system of equations. Unlike typical implicit schemes of seepage flows, herein, both flow depth and velocity matrices appear within the iterative process, threatening the convergence criterion. To converge iteration, the continuity equation's flux term is treated using the dynamic wave equation under the relaxation method. The present model is applicable to simulate gradually and rapidly unsteady flow through homogeneous and heterogeneous porous media under laminar, transitional, and fully developed turbulent flow regimes within various closed and/or open boundary conditions.

     

交汇口支流水动力特性数值模拟研究

城市水工建筑物多建于穿城而过的小型支流中,有着为城市防洪抗旱,美化城市水环境等重要作用。运用RNG k-ε紊流模型对明渠小型支流河口进行了数值模拟,采用VOF方法处理自由表面,分析了与大型河流交汇处不同形态小型支流的水位、流速、紊动能耗散率和床面剪切力等水流特性。结果表明:支流流量和支流上游河道走向是引起水流特性改变的重要因素。研究成果可为城市汇流口小型支流河道水工建筑物的设计建造、河道整治提供参考。