三峡多级船闸水力学试验检测与控制

 根据三峡多级船闸水力学模型试验检测项目多、测试精度高、数据分析复杂等特点,研制了以计算机为核心的检测控制系统。该系统包括水位和水面检测仪,阀门驱动装置,系缆力测量仪,压力、流速、波浪测量装置以及计算机实时数据采集与控制装置,测控与数据处理软件。利用14位/32路高精度模数转换器对被测模拟量信号进行动态自动标定。软件设计采用灵活的运行参数设置和模块结构。采用通用分析程序进行概率统计分析及FFT分析。系统抗干扰能力强,检测精度高,能在数据采集与控制的同时,实时地显示数据,最终能完成图形及报表输出,系统功能满足试验研究的要求。     

三峡船闸关键水力学问题研究

三峡船闸工程规模、设计水头、水位变幅和水力指标都达到或超过了国内外已建船闸的最高水平,对船闸输水系统和输水阀门工作带来了极大的挑战.从三峡工程可行性论证阶段起至船闸完建,进行的水力学专题研究,解决了一系列关键技术问题,为船闸设计和施工提供了科学依据.     

船闸水力学模型缩尺影响及其校正方法的研究——兼对三峡多级船闸中间级原型流量系数预测

一、原、模型之间的差距和现行的校正方法(一) 原、模型之间的差距美国不少船闸原型观测结果说明了原型与模型之间的差别,如表1中美国Bay Springs船闸原、模型部分水力参数的差别。我国相继对葛洲坝1号和2号船闸进行了原型观测。结果表明,葛洲坝2号船闸原型的流量系数提高了12%(阀门双边开启),出水孔段的阻力系数减少了50%以上。虽经糙率校正,这一段阻力系数仍有一     

三峡船闸末级闸首超长泄水廊道中阀门水力学关键问题研究（3）—事故动水关闭情况下改善阀门工作条件的措施

针对三峡船闸末级闸首泄水廊道阀门事故动水关闭的情况下，阀门段存在大范围的脱空和空化，提出了封堵检修门井＋廊道顶有控制地通气，以及门楣自然通气的综合工程措施，以改善阀门的工作条件。物理模型试验和数学模型计算结果论证了该综合工程措施是有效的。     

分散输水系统船闸出水孔段廊道的水工模型缩尺影响

对已有的船闸出水孔段廊道的模型试验及原型观测资料进行了对比分析后 ,指出该段廊道的阻力系数 ,除沿程摩阻损失可按糙率及雷诺数进行校正外 ,其余均属局部阻力性质 .在廊道雷诺数达到 5× 1 0 4 后 ,基本上不存在模型缩尺影响     

三峡船闸末级泄水阀门振动水弹性模型研究

 三峡船闸末级泄水阀门下接1 350 m涵管,用全水弹性模型对其振动问题开展了试验研究,采用模态分析方法确定了阀门结构的自振频率和振型,在流激振动试验中模拟了阀门正常运行工况和多种事故关门工况,测量了阀门振动加速度、脉动压力、吊杆应力。研究结果表明：在2 min匀速开门或匀速关门正常工况,阀门振动加速度均方根值一般小于5.0cm/s2,仅在小于0.1开度时达到25.37cm/s2;双边4 min事故关门中阀门振动加速度均方根值达22.57 cm/s2;单边事故关门,阀门振动比双边事故关门时的值大1倍左右,关门速度越快,振动越大。由于设计的动水关门速度较慢和检修门井的调压作用,阀门在试验条件下事故关门未发生有害水击现象,与同类阀门比较,该阀门的振动不会危害其安全运行。     

三峡工程多级船闸中间引渠水力学问题的数值计算研究

 用插值元法建立的明渠二维非恒定流数学模型,成功地计算了具有复杂几何边界条件的三峡枢纽船闸引渠非恒定流问题。计算中提出了水体校正的必要性和具体方法,又对计算支渠来流附加动水作用的常用方法作了修正,使计算出来的波高和周期,以及流态具有可靠精度。 本文还讨论了引渠水流碍航标准问题,提出了具体看法。对渠道形状的选择,对如何加速波浪的衰减提出了原则设想,这些都可供设计参考,并为今后进一步研究改善水流条件打下了基础。     

船闸中间渠道尺度对通航水流条件影响的研究

利用物理模型结合数学模型,研究船闸泄水进入中间渠道后,中间渠道内的水流条件与渠道尺度的关系。根据波动特性,对渠道内水体波动进行了定义。试验发现,船闸泄水正波在前进中波前逐渐变陡,到一定程度,波前水体形状将不再稳定,并形成短周期波。当中间渠道长度约等于泄水波长度一半时,船闸中间渠道振荡波最大。为改善水流条件,应调整输水时间、渠道水深等,以改变泄水波形状,或者直接改变渠道长度。     

泥沙河工模型时间变态的影响及其误差校正途径

泥沙河工模型采用轻质模型沙时,往往存在水流运动时间比尺与河床冲淤时间比尺不一致的矛盾.目前的做法多为偏离前者而遵循后者,即采取时间比尺的变态,以尽可能保持河床冲淤的相似性,并缩短试验历时.但时间变态结果.对长距离河段的非恒定水沙过程的模拟,将在一定程度上导致沿程流速、水位、狭沙能力和河床冲淤量的偏离.本文首先对时间变态问题及其影响进行了概略性分析,进而通过水流连续方程和运动方程的数值求解,对时间变态所引起的诸水力因素和河床冲淤沿程偏离的性质及偏离的程度进行了定性和定量的分析计算,最后研究了校正这类偏差的途径和方法.     

三峡船闸末级闸首超长泄长廊道中阀门水力学关键问题研究（2）:—事故运水关闭过程的阀门水动力学特性

运用物理模型试验和数学模型计算的结果，阐述了三峡船闸末级闸首超长泄水廊道的阀在事故动水送闭过程中，阀门段水流出现的明满流交替流态特征，分析了阀门关门速率，起关开度对阀门后廊道冲击特性的影响，实测了阀门可能承受的最大作用水头，探讨了阀门启闭力、支铰荷载和阀门段的空化特性。     

三峡船闸末级闸首超长泄水廊道中阀门水力学关键问题研究(2)——事故动水关闭过程的阀门水动力学特性

运用物理模型试验和数学模型计算的结果 ,阐述了三峡船闸末级闸首超长泄水廊道的阀门在事故动水关闭过程中 ,阀门段水流出现的明满流交替流态特征 ,分析了阀门关门速率、起关开度对阀门后廊道冲击特性的影响 ,实测了阀门可能承受的最大作用水头 ,探讨了阀门启闭力、支铰荷载和阀门段的空化特性 .     

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。     

大区域地下水流数值模型的多指标校正方法——以那陵格勒河冲洪积扇地下水数值模型为例

为了提高大区域地下水流数值模拟模型的可靠性,以那陵格勒河冲洪积扇地区为例,建立了水文地质概念模型和地下水三维非稳定流数学模型,采用试错法调整水文地质参数并保持其在合理范围内。然后,从地下水位、泉流量、溢出带位置以及地下水均衡状态等四项指标,对模型的识别与验证效果进行评价,仅当全部校正指标的模拟结果与实测数据均有良好拟合表现时,方能通过模型校正。模型校正结果表明:识别期观测孔水位趋势拟合表现良好,水位拟合误差符合正态分布;模型计算的泉流量为2.2×108m~3/年,处于推测合理范围内;溢出带拟合与遥感图上的天然地下水溢出带位置基本一致;计算得区域地下水补给量为7.61×108m~3/年(其中河流入渗占99.58%),排泄量为7.07×108m~3/年(泉排泄和蒸发分别占31.28%和36.51%)。研究成果对描述区域地下水资源演化特征及地下水与生态环境的相互作用关系具有参考价值。     

不同面雨量估算方法对水库入流预测 模型精度的影响

以潘家口水库入库径流预测为研究对象,分别采用分块法、栅格计算法以及DEM法计算区域平均降雨量,并在此基础上建立潘家口水库来流预测模型。结果表明不同的面雨量估算方法对水库入库径流的预测精度具有较大影响。以DEM法计算区域平均雨量值作为预测模型的输入所模拟的效果优于另外两种区域平均雨量计算方法,且预测结果合理。     

闽江下游径流量和北港分流比变化及其对水龄的影响研究

利用闽江下游多年水文资料,分析了干流流量时空变化和北港分流比变化趋势,并借助EFDC模型研究水口水库下泄流量和北港分流比对闽江下游水体水龄的影响。分析表明:闽江干流径流量年际变化不均匀,北港分流比则经历了由小变大再变小的趋势。模拟的闽江水龄结果可知水龄与下泄流量成反比关系,北港分流比减小将增加北港水体交换时间,同时减少南港水体交换时间;水龄可以定量地描述污染物在北港河道的停留时间,为保障北港水源地水质安全,需要增大枯水期上游水口水库下泄流量和增大北港分流比。     

三峡工程明渠截流水流数学模型研究及其应用 I：模型建立与率定

三峡工程三期截流具有流量大、落差大、龙口流速 大等特点。为保证截流顺利实施,将一维和二维水流数学模型紧密结合,先用一维模型推求 明渠的过流量及上下游戗堤承担的水位落差,再用二维模型模拟戗堤进占时明渠内的水力条 件。然后利用已有的水工模型试验资料,对建立的数学模型进行了率定。率定结果表明：一 维模型计算的明渠过流量、截流总落差、上下游戗堤承担的水位落差等结果与试验值相当接 近;二维模型的计算结果不仅与试验值基本符合,同时又符合弯道水力学的基本特点。