“V”形管线布置的长距离输水工程关阀水锤及防护研究

针对"V"形长距离、高落差的重力流输水工程中的关阀水锤问题,文中以吉林省某供水工程为背景,采用特征线法,建立了包括管道、阀门在内的全系统水力过渡过程数学模型,通过数值计算,模拟工程关阀时的管道水锤,并提出了防护关阀水锤的方法。通过3种不同关阀方案的对比分析,最终确定较优的阀门关闭时间为300 s。文中研究成果为保障工程运行安全提供了依据,也为同类重力流供水工程的关阀水锤防护和设计提供了借鉴和参考。     

长距离高落差重力流输水管道水锤特性分析

高落差重力流有压输水工程中,为避免在运行调度中下游管道静水压力较高,常在管路沿线设置多级消能措施,重力流管道阀门启闭会引起水锤现象,须进行水锤计算分析。通过简化消能箱物理模型,结合水锤计算分析特征线法提出了消能箱的数学模型以及用于水锤计算分析的消能箱两侧特征线方程。结合工程实例分析了高落差重力流输水工程在开阀及关阀过程中的水锤特性。结果表明:高落差重力流的开阀过程较为安全,其沿线最小压力由初始内水压力决定,受开阀速度的影响较小,提高管道初始压力可有效控制沿线最小压力;其关阀过程较普通重力流更危险,容易发生首相水锤,必须严格控制关阀速度。     

长距离重力流输水管线水锤计算及防护研究

为进一步研究长距离重力流输水管线的水锤现象,以兴安盟经济技术开发区工业供水工程为背景,根据一维水锤计算基本原理,计算分析了阀门两阶段线性关闭快慢和组合关闭方式对长距离重力流输水管线水锤作用的规律,并在此基础上研究了关阀总时间对管线水锤压力的影响。结果表明：阀门第1阶段快速关闭的幅度越大,则管线沿程水锤压力越大;阀门同时关闭时管线水锤压力较大,交错关闭时水锤压力较小;延长关阀总时间有利于减小管线水锤压力,该工程两阶段线性关闭最佳历时为1 400 s。该研究对长距离重力流输水管线的安全运行具有一定的参考作用。     

贵州省某高扬程供水工程水锤分析

为保证高扬程供水工程的安全稳定,基于特征线法对高扬程供水工程进行水锤计算,分析阀门拒动、不同关阀规律对高扬程供水工程的水锤影响。结果表明阀门关闭规律对高扬程供水工程水锤压力影响较大,阀门采用不同分段关闭规律时,供水工程最大水锤压力差距较大。依据水锤计算成果,选取4s-0.1-60s关阀规律,机组最大反转速、最大水锤压力均满足规范要求,沿线未出现水柱断裂。     

长距离高落差有压重力流输水特性研究

长距离高落差有压重力流输水在城镇尤其是山区城镇供水工程中得到广泛应用,然而这类输水管道爆管事故频发对城镇供水安全构成了严重威胁,通过理论与实例分析了管线长度(L)和高差(H)在发生管线末端关阀水锤时,对管道内部最大水锤压力的影响。研究发现L增加对阀门前端最大水锤压力有消减作用;H增加对阀门前端最大水锤压力有增大作用;L与H同时增加时,共同作用影响阀门前端最大水锤压力。     

长距离有压输水管道阀门关闭规律研究

长距离有压输水工程中的水锤压力,是影响供水工程安全运行的重要因素之一,末端阀门的关闭引起的水锤问题是最常见而又最突出。针对长距离有压输水管道末端阀门关闭引起的水锤问题,以特征线法为理论基础,以南水北调中线某配套工程有压输水管线为例,分别对该管线末端阀门在直线关阀和先快后慢两阶段关阀两种工况下的水锤压力进行计算,进而对末端阀门的关闭规律进行优化分析。结果表明,优化阀门的关闭规律可有效的降低长距离有压输水管道系统的水锤压力。     

长距离重力流输水管路水锤防护研究

长距离重力流输水管路距离长、支线多、落差大,当末端水厂阀门突然关闭时,管路则产生破坏性较大的水锤压力。在输水管路中采取合理的水锤防护措施,为保证输水工程的可靠性提供了重要作用。以河南叶县的南水北调受水区供水配套输水工程为研究对象,对管路末端水厂阀门同时关闭产生的水锤压力进行模拟计算,采用空气阀、超压泄压阀相结合的方式作为水锤防护措施。由计算结果发现空气阀、超压泄压阀联合防护能有效减小管路中产生的水锤压力,研究成果可为类似工程的水锤防护提供参考。     

重力流输水管道关阀水锤模拟研究

确定重力流输水管道最合理的关阀时间需要考虑如下因素:一是管道的水锤压力不要过高,防止管道破裂;二是水锤压力不要过低,严禁管道沿线出现断流弥合水锤,防止出现负压压瘪管道;三是要有利于操作方便、保护设备。以北京市某南水北调配套工程为例,选择HAMMER软件模拟管道瞬变流,分析重力流输水管道关阀过程中的水锤现象。结果表明:关阀时间越长,管道最大压力越小,最小压力越大,水流条件越好。蝶阀关闭时间为50 s时管道最大压力达169.27 m,关闭时间为500 s时管道最大压力为65.18 m。在线性关阀时间不小于200 s时,管道沿线不产生负压,且最大压力小于管道的设计压力。综合考虑保护管道、操作方便、便于管理、保护设备等因素,确定蝶阀线性关闭时间为300 s。研究成果对重力流输水管道阀门管理和保护具有参考价值。     

某长距离供水工程的开关阀过渡过程模拟及优化

为了研究先降后升形长距离重力流输水工程中的开关阀水锤问题，以吉林省长白朝鲜族自治县供水工程为算例，采用特征线法建立了全系统水力过渡过程数学模型，并通过数值计算模拟工程开关阀时的过渡过程，并提出了防护水锤的开关阀的方法。根据工程特点，针对开关阀的工况各提出了的3种不同方案，经过对比分析，发现关阀水锤的最大内水压力出现在管道最低点，且随着阀门关闭时间的增加而降低，而开阀水锤的压力随开阀时间的增长而减小，但影响不大。综合比较，得到较优的阀门开阀时间360s、关阀时间为300s。文章成果为工程的运行安全提供了支撑，且为类似工程的设计和管理提供了参考。     

长距离重力流输水管路水锤压力数值模拟

长距离重力流输水管线距离长、支线多、落差大,当突然关闭末端水厂阀门管线时会产生破坏性较大的水锤压力,因此,分析水锤特性并采取合理的水锤防护措施,对于保证输水工程的可靠性和降低管路工程造价具有重要意义。以某输水工程为例,建立输水管路水锤压力数学模型,用于研究末端水厂关阀引起的管路压力和水锤压力变化规律。结果显示,管路末端水厂阀门在无水锤防护措施工况下同时关闭,水锤压力沿线逐渐上升,末端易产生水锤高压。依据数值模拟结果,采用空气阀、超压泄压阀等水锤防护措施,可减小管路末端关阀水锤压力,保障输水系统的安全运行。研究成果可为类似工程的水锤防护提供参考。     

南水北调中线水源区水文特征分析及其 水资源适应性利用的思考

南水北调中线调水工程是为了解决华北地区缺水问题而采取的特大型调水工程,水源区地理特征是调水水量和水质的重要基础。然而,从目前的研究现状看,对水源区边界、面积、河流长度等主要特征参数和水资源特征系统梳理不足,水资源利用仍存在一些问题。基于此,从地理学的角度,借助地理信息技术和统计学方法,结合实地调研,对南水北调中线水源区主要特征参数进行系统梳理;分析和总结水资源特征、水资源开发利用演变过程以及存在的问题;基于水资源适应性利用理论,结合南水北调中线水源区实际,提出其水资源适应性利用的研究思路和战略措施建议。研究成果对保障南水北调中线可持续调水、支撑水源区水资源开发利用和协同管理提供技术支撑。     

长距离多泵联合运行输水系统停泵水锤防护措施

运用水锤理论和特征线法,结合工程实例,对采用缓闭式蝶阀、空气阀和单向调压塔等防护措施的长距离多泵联合运行输水系统停泵水锤进行计算和分析,得到了管道沿程的水头包络线以及泵端性能参数相对值的变化曲线。计算结果表明,无防护措施下最小水锤水头较低,泵端性能参数变化较大;泵端蝶阀防护可以有效地控制泵端性能参数流量和转速变化幅度,但水头的变化出现了振荡,最小水锤水头值降低;采用空气阀+泵端蝶阀防护可以有效地增加最小水锤水头值,只在管道局部出现负压,但与泵端蝶阀防护相比性能参数变化有所增大;单向调压塔+泵端蝶阀对停泵水锤防护效果最为明显。为了减小单向调压塔数目,最终选择单向调压塔+空气阀+泵端蝶阀的组合作为最终的防护措施,与无防护措施相比,组合防护下整个管道不出现负压,泵端水头虽出现了振荡,但幅度不大,流量最大变化幅度下降0.15,转速最大变化幅度下降0.7,转矩振荡时间变短。     

空气阀气液两相动态特性研究综述

空气阀用于解决管道输配水工程中存气、补气问题,并预防断流弥合水锤的重要辅助设备。空气阀的进/排气过程是一个复杂的气液两相瞬变过程,其动态特性参数(包括进/排气流量系数、阀室内剩余气体体积、阀门关闭时长、阀门启闭时间等)直接影响系统的水锤防护效果。通过对空气阀动态特性相关的选型和布置、模型试验和数值模拟等方面的研究成果进行回顾综述,指出当前研究对空气阀动态特性参数的响应机理和临界阈值尚不明确,有必要在大比尺系统试验分析的基础上,明确空气阀结构特性及动态参数对两相瞬变过程的响应机理,完善现有的数学模型,进而给出空气阀设计、检测、选型、优化布置等的理论依据。     

河北省南水北调中线受水区水资源统一调配方案研究

针对南水北调中线受水区外调水及当地地表水来水过程的不均匀性及来水频率的不确定性、供用水系统的复杂性(多水源、多工程、多用户)等特点,以河北省南水北调受水区为研究对象,以多目标群决策理论和大系统分解协调理论为指导,以优化与模拟为主要技术,构建了基于MIKE BASIN的1+7受水区水资源优化调配模型,制定了基于不同年份、不同保证率、不同节水水平、不同用水户需求条件的受水区水资源优化调配方案。在2020年供受水区来水频率组合(引江水P=50%、当地地表水P=50%)条件下,对基本节水及高效节水的优化调配方案优化效果进行了分析,以期在充分利用水资源、满足需水要求的情况下,寻求多水源与多用户之间最优的配水方案,实现区域综合效益最大化,促进区域经济可持续发展。     

滨海地区水资源多目标优化调度模型研究

针对滨海地区水资源系统的特点,以加权相对总缺水深度最小和系统供水总成本最小为目标,建立了平原河网、平原水库群和远距离调水工程体系的水资源多目标优化调度模型;利用多目标粒子群算法(MOPSO)求解,提出了各类约束条件的处理方法,并得到非劣解集;采用距理想解欧拉距离最小准则,得到最好权衡两个目标的最佳协调解,并取得相应的调度结果。以江苏沿海为背景开展实证研究,验证了所建模型和求解方法的有效性。     

长距离输水工程中排气阀的性能探讨

排气阀是长距离输水管道安全的重要防护设备。通过对比分析传统浮球式排气阀和气缸式恒速缓冲排气阀的,指出传统浮球式排气阀普遍存在的技术缺陷,认为气缸式恒速缓冲排气阀的结构更合理。工程实证研究结果表明,气缸式恒速缓冲排气阀对于管道水锤防护具有重要意义。     

基于区间两阶段随机规划方法的 北京市水资源优化配置

针对缺水型城市水资源配置过程中的不确定性,建立了基于不确定性基本理论的区间两阶段随机规划模型,应用于北京市2025年水资源优化配置的研究。以北京市用水综合效益最大为目标函数,引入概率分布和区间数表示多重不确定性,求得北京市2025年城六区与郊区在生活、工业、农业与生态用水上的优化供水目标以及不同来水水平下的配水方案。结果表明:北京市2025年优化供水目标为47.39亿m~3,城六区工业用水与郊区农业用水的供水目标应采取保守值;不同来水水平下的优化配置水量为[36.49,47.39]亿m~3,仅北京为丰水年时不存在缺水现象,北京与丹江口水库同时遇枯时的缺水量高达[5.48,10.90]亿m~3,对北京市供水安全造成极大的威胁。该模型充分考虑不确定因素对水资源配置的影响,权衡用水收益与缺水风险的关系,并以区间的形式给出配置结果,可为北京市2025年供水目标与水资源优化配置方案的制定以及水资源安全保障措施的分析提供科学依据。     

我国西北地区主要农作物贸易对区域水资源影响

随着我国粮食生产重心的北移,西北地区在全国粮食安全中的作用日益凸显,然而该地区水资源缺乏,水土资源时空匹配性差对当地的生态安全、粮食安全和水安全构成了巨大威胁。近些年,伴随着城市化和区域贸易的快速发展,西北地区农作物产量和外运量均快速增长,大量的农作物虚拟水伴随贸易输送到全国各地,进一步加剧了西北地区的水资源压力,严重制约当地的可持续发展。基于此,本研究对2000-2015年西北地区主要农作物生产水足迹和伴随着农产品贸易的虚拟水流动格局进行了量化分析,在此基础上评估了西北地区农产品贸易输出引发的水资源压力。结果表明,研究期内2000-2015年西北地区主要农作物生产水足迹呈上升趋势,从2000年的417.16亿m~3增长到2015年的439.87亿m~3。与此同时,农产品贸易伴生的虚拟水流动量显著增加,从2000年的220亿m~3增长到2015年的272.99亿m~3,严重加剧了当地的水资源压力。陕西、内蒙古、新疆和甘肃水资源压力均高于全国平均水平,陕西更是呈重度水资源压力状态。因此,本文从技术发展和宏观战略层面提出了创新农业实体水资源利用效率、建立虚拟水补偿机制以及合理优化调整区域产业结构的应对策略与建议,为保障我国西北地区水资源可持续利用提供了科学参考。     

南水北调中线渠系蓄量补偿运行控制方式

南水北调中线渠系采用闸前常水位的运行方式,即渠道下游常水位运行方式的水位控制点位于下游渠道的节制闸闸前。采用下游常水位运行方式,有利于按照最大过水流量进行渠道设计,使得渠道的超高最小,从而施工成本最少。在分析闸前常水位运行方式的响应与恢复特性、蓄量补偿时间的基础上,提出了闸前常水位运行控制方式,并设计了蓄量补偿的前馈控制策略和水位流量串级的水位反馈控制器。以南水北调中线总干渠的部分渠道为研究对象,在典型工况下进行运行控制仿真,并把计算结果与流量主动补偿和常规下游常水位运行控制进行对比,从而验证了本文闸前常水位运行控制算法的合理性。     

调水工程投资费用分摊与两部制水价测算方法

投资费用分摊对于分清调水工程各受益地区之间、部门之间的经济责任大小以及水价测算和定价等工作具有重要作用。提出基于过程和产生机制的调水工程投资费用分摊与两部制水价测算方法,旨在在分摊时反映水价要素的变化过程以及费用产生机制。在阐述投资分摊和费用分摊的原则、方法和具体步骤的同时,分析了两部制水价与单一制水价之间的关系以及供水量、还贷等要素变化过程对水价的影响。最后以产芝水库调水工程为例,研究了向多地区供水的、具有多种费用产生机制和要素变化过程的调水工程投资费用分摊与两部制水价测算方法。