基于USB的水工模型流量与水位控制系统研究

在水工物理模型试验中,为了克服水工物理模型自控系统存在硬件集成度较低、兼容性与可拓展性不足的缺点,通过对自动控制系统流量、水位控制需求的分析,提出对流量、水位控制子系统进行模块化设计的思路。在“当前”水位与“目标”水位之间设置中间值,优化了水位控制原理,模拟了水位的缓变过程,优化了对尾门的控制。基于USB总线技术,利用Labview软件开发了硬件集成度高、灵活性强、兼容性好的可视化虚拟自动控制系统。系统已成功应用于多个非恒定流模型中,可使模型的水位、流量控制精度达到98%,超调量不超过5%。系统可在水工、河工模型的非恒定流试验中推广使用。     

水力学推流模型的室内水槽验证

利用室内水槽，对水力学推流模型进行了试验验证。结果表明：模型中使用的“糙率”不是真正意义上的河道糙率，不能直接利用由测验河段上、下断面比降观测获得的糙率作为模型“糙率”推算洪水流量，但可以利用测流断面实测水位和流量过程，按水力学推流模型推求“综合糙率”，建立水位一综合糙率关系，再用此关系与实测水位过程推算实时洪水流量，达到洪水流量自动测报的目的。并比较了该法与利用水位一流量关系推流的精度差异。     

某水库台阶式溢洪道掺气坎优化试验研究

台阶式溢洪道消能效果与其台阶段泄槽掺气浓度密切相关,通过调整掺气坎体型以达到使台阶段泄槽充分掺气,消能率增大。试验研究发现,与原方案台阶段消能率相比较,除设计水位工况消能率有所下降外(小了4.74%),校核水位工况和校核流量工况的消能率分别提高了6.18%和6.64%。设计水位工况消能率减小可能与推荐方案台阶个数减少有关,而校核水位工况消能率增大则说明台阶段的掺气有利于消能。     

淮河防洪模型控制与检测系统

淮河防洪模型面积４０００ｍ２，应用计算机模型控制与检测系统，可自动地完成７处入流流量控制，互处尾水位控制，６个水闸的启闭控制，１１个行洪口门控制，可设定开门速度，模拟决口冲刷过程；水位采集３７点，流速采集３２点。主控计算机可对试验过程进行实时监控。经应用表明，该系统性能完善，控制与检测准确可靠，为淮河大型防洪模型这一复杂防洪体系试验研究的顺利进行提供了必要的手段。     

基于水位流速法的矩形渠道流量自动检测系统

为了提高检测精度,实现水位、流量测量的自动化,减少人力的投入,研制了流量自动检测系统。该系统以水位—流速法为基本测流原理,将水位、流速检测技术与机械传动机构结合起来。整个系统选用低功耗的16位单片机MSP430F149为控制单元,采集到的水位和流速信号经过其内部的算法可得出流量值;而且还能控制x-y直角坐标机械传动装置,可在整个矩形断面范围内自动改变流速测杆的位置,使渠道流量的测量工作自动化程度高。试验结果表明:使用该系统检测矩形断面流量具有准确性和适用性,测量结果与采用明渠超声波流量计测得的流量值相比,相对误差在±4%以内。     

应用人工神经网络推算洪水流量的计算方法

天然河道洪水期的水位－流量关系，因受洪水涨落率和回水顶托等因素的影响，一般成为非线性绳套状曲线，洪水流量过程的计算往往根据大量实测水位，流量资料，采用定性判断和实践经验手工绘制水位与流量的时序列关系曲线，由水位过程插补求得。本文运用人工神经以向传播模型，引入与流量变化密切相关的水位，涨率，落差等因子，建立多因素相关的人工神经网络推流模型。     

推算洪水流量的人工神经网络方法

天然河道洪水期的水位流量关系因受多种因素影响一般为复杂的绳索曲线，洪水流量依赖大量实测流量测次资料手工绘制成时序型曲线由水位（或时间）值查算。本文运用人工神经网络“反向传播”模型（ＢＰ模型），引入与流量相关的水位、涨落率、落差等因子建立多因素相关人工神经网络推流模型。结果表明该模型的拟合能力强，推流精度满足实用要求     

基于人工神经网络的洪水推流计算方法

天然河道洪水期的水位流量关系，因受洪水涨落率和回水预托等多种因素的综合影响，一般为复杂的非线性绳套曲线。洪水流量过程资料往往依赖大量实测流量资料，根据人脑的定性判断和经验手工绘制水位（或时间）与流量的时序型曲线后由水位过程（或时间）内插求得。本文运用人工神经网络反向传播ＢＰ模型，引入与流量变化密切相关的水位、涨落率、落差等因子建立多因素相关的人工神经网络推流模型。实例应用结果表明该模型的拟合能力强     

跃进水库库水位与引水流量关系的分析

依安县跃进水库是一座引水式水库,入库流量由进水闸的流量控制,而进水闸的流量受库区水位的控制,这是由于库区水位达到一定高度时,就要对进水闸的进水产生顶托,应推求库水位~引水流量的关系。     

南水北调中线干渠闸门同步关闭水力响应特性

构建南水北调中线干渠局部一维非恒定渐变流模型，以“刁河闸—湍河闸”渠池为例，测试闸门调控方式和 渠道运行条件对闸前壅水峰值水位、达到峰值水位所用时间、水力振荡频率、水力振荡幅度等水力响应特性的影 响。研究表明：水力振荡上升过程快，下降过程慢，波幅随时间呈对数函数衰减；闸前壅水峰值水位随闸门关闭速 度、闸门关闭幅度、输水流量、运行水位、渠道糙率的减小而近似线性地减小；达到峰值水位所用时间对输水流量、 运行水位和糙率变化不敏感，随闸门关闭幅度和输水流量的增加而近似线性减小；水力振荡频率对闸门关闭所用 时间、闸门关闭幅度、输水流量和糙率变化不敏感；水力振荡幅度对运行水位、糙率变化不敏感，随输水流量的增 大而快速衰减。     

西控工程对望虞河西岸地区防洪的影响

为了评估西控工程对望虞河西岸地区造成的防洪影响,以望虞河西岸为研究区域并结合其水文特性,构建了适合于模拟平原河网地区产汇流过程的MIKE11水文水力模型并利用当地降雨、水位等实测资料进行了率定。通过模拟50年一遇设计暴雨情况下的不同工况,得到研究区域内水系各节点的水位等要素变化情况,并依此分析了西控工程对望虞河西岸地区造成的防洪影响。结果表明:西控工程运行后,研究区域内重要节点的最高水位抬升明显,部分地区有遭受洪水淹没的风险;MIKE11水文水力模型对于分析平原河网地区河流沿线闸控影响具有较高的应用价值。     

PC机实时水位、流速检测系统

本文针对三工模型试验中水位和流速测量需要，开发研制了一套基于PC微机的水位和流速检测系统。该系统配套八路跟踪式编码水位仪、六路光电式和六中睡电阻式旋浆流速传感器，经试用表明该检测系统具有很好的适用性和抗干扰能力，并且用户界面友好，是一种具有推广价值的三工模型试验中必备仪器。     

河工模型试验测量与控制系统

本文介绍了一套先进的、大型的、综合的水利河工模型试验测量与控制系统，该系统成功地应用于国家“八五”重点科技攻关项目，内容包括监测监控系统、计算机流量自动控制、水位自动控制以及流速、水位、波浪及拉压力等多点同步采集与处理系统。     

多路水深流速自动采集系统设计与应用

针对河工模型试验中多点流速自动测量的需要,设计了一种多点水深流速同步自动采集系统。系统由计算机通过RS485总线与多台水深流速仪相连,组成多点水深流速自动测量。水深流速仪能够自动测量当前水深,并根据测得的水深和规定的测量法则,如1点法、3点法、5点法等,自动对流速传感器进行垂线定位和流速采集。系统通过串行通信方式控制各台水深流速仪,实现各垂线流速的同步测量、数据传输、显示、保存和查询功能,并能自动生成需要的测量记录报表。该系统显著提高了模型试验断面流速测量的效率和水深测量与定位的精度。     

平原感潮河网水动力模型研究

利用一维Saint—Venant方程组、河网汊点连续方程及边界条件建立了河网水动力学模型；采用Abbott六点隐式差分格式离散控制方程组；求解河网时，将河段方程自相消元，得到以汊点水位为基本未知量的汊点方程组；采用汊点优化编码来降低汊点方程组系数矩阵的带宽以提高计算精度和节省计算耗时。对上海市平原感潮河网进行了合理概化，利用1999年6月～9月的实测水文资料进行了率定，结果表明计算值同实测值吻合较好。     

THE SYSTEM OF MODEL CONTROL AND DATA ACQUISITION IN THE HUAIHE RIVER FLOOD CONTROL MODEL

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三峡葛洲坝梯级电站模型中自动控制及测量系统的应用

 三峡-葛洲坝梯级电站联合调度水力学模型试验中，三峡电站下泄流量日变化幅度较大，葛洲坝电站反调节时流量大而水头较低。针对上述特点，分别采用不同的设计原理和控制方法，较好地解决了两电站流量的自动控制问题；针对两坝间及葛洲坝下游非恒定流水力学参数的测量，采用超声水位传感器和二维流速传感器实现了集中实时测量并自动处理输出，软件采用模块设计。整个系统简单、清楚、高效,并举实例说明自控及测量系统的应用。     

一维非恒定流模型与卡尔曼滤波耦合的实时交替校正方法研究

本文从一维圣维南方程离散线性化后的差分方程组出发,结合河道水流计算的边界条件,分别以水位、流量及糙率为状态向量建立3种卡尔曼滤波状态空间方程,研发出河道水流计算与变量交替实时校正的耦合模型。与天然河道实测资料类型及系列长短各异的特点相匹配,模型中变量校正模式选择灵活,对每一种校正模式,依据边界条件的给定方式自动切换到相应的处理模块,程序为每一校正时刻、每一校正模块动态地创建相应维数的卡尔曼滤波器。基于环状河网的求解机制,实时交替校正模式被嵌入扩展到环状河网水动力学模型中,初步实现了环状河网水流计算与实时校正的联解。实例检验效果证明了分离变量校正思想的可行性及所建模型的合理性。     

深圳河口潮汐模型变频生潮与量测控制系统

深圳河口潮汐模型量测控制系统由水位、流速、流量测量,加沙控制以及生潮控制设备组成。针对深圳河口潮汐模型水流的特性,系统设备采用了高性能的跟踪式光栅水位仪、光电旋浆智能流速仪以及智能水表流量计,采用循环管道加沙,还设计研制了一种基于变频调速技术的潮汐模拟系统。该模拟系统利用工控机与变频器间串口通讯,对试验过程远程控制,实时控制尾门的开启角度及运转速度,调节模型瞬时进出水量,达到准确模拟潮汐波的目的。在模型试验过程中,该测控系统精确度高,稳定性好,解决了可变溢流宽口门准确模拟潮汐的困难,使潮汐河工模型试验量测技术提高到一个新的水平。     

引配水对京杭运河杭州段水质的改善预测

根据平原河网的水动力和水质特点,建立了运河水系河网水质模型,并利用2007年该运河水系河网的实测水位及水质资料对模型进行验证。进行了杭州市主城区引配水方案下的水动力计算,并对设计水动力条件下的运河水质进行预测。结果表明,杭州市主城区引配水方案实施后,运河干流及主要支流水质将有较大改善。