基于特征值分析法的含双调压室抽水蓄能电站小波动稳定分析

为研究含上、下游双调压室的抽水蓄能电站输水发电系统小波动稳定性,基于状态空间法推导了系统稳定分析的状态矩阵方程,运用相关因子分析法确定了系统的特征值与状态变量的对应关系,结合状态矩阵特征值研究了系统小波动振荡特性。结果表明：状态矩阵特征值存在4对共轭复根,表明系统存在4个振荡环节,共轭复根实部反映了振荡环节的衰减趋势,虚部反映了系统振荡环节的振荡角频率;上、下游调压室内水位波动共同引起机组转速尾波低频振荡,增大两调压室面积可以降低转速尾波振荡角频率,增加尾波振荡衰减指数,有利于系统低频振荡稳定性;系统小波动振荡稳定性与调速器参数密切相关,较小调速器参数组合导致导叶开度变化和压力管道流量变化之间产生相位差,在调节过程中不断放大,系统振荡失稳,增大调速器参数可以增大机组转速主波振荡衰减指数,降低主波振荡角频率,提高系统高频振荡稳定性。     

水电站过渡过程计算中尾水系统糙率的取值研究

在水电站水力过渡过程计算中,为了满足调节保证计算的要求,管道各项参数指标的正确选择是至关重要的,合理的参数取值是水电站得以安全正常运行的基本保证。结合某水电站工程实例,采用过渡过程通用软件,通过分别改变调压室前管道的糙率和调压室后管道的糙率,对水电站过渡过程计算中尾水系统糙率的取值进行了深入研究。研究表明:在机组丢弃负荷过程中,在其他条件不变的条件下,尾水系统糙率的变化对尾水调压室最低涌浪水位、蜗壳末段最大压力和尾水管进口最小压力皆有影响,在水电站过渡过程计算中,尾水调压室前、后段糙率均应采用可能的最小值较为合理。这些成果对于同类工程的建设具有一定的参考意义。     

带调压室电站系统调节品质的调节手段研究

在带调压室的水电站中,调压室水位变化产生的低频振荡对电站调节品质有较强的负面作用.从调速器调节、励磁调节、负荷自调节、改变调压室面积等方面探讨了抑制这种低频振荡,提高电站调节品质的手段.结果表明:励磁调节、调速器调节仅对转速变化的主波有影响,二者均不能从根本上改善调节品质;调压室面积对转速变化主波的影响很小,对尾波影响较大;调压室面积增加,调节品质变好;负荷自调节能力既对转速变化主波产生影响,也对尾波产生影响,可有效抑制因调压室水位波动而产生的低频振荡.     

气垫式调压室稳定断面积研究

基于刚性水锤理论,考虑了压力管道的水流惯性及实际水轮机特性和调速器作用,运用稳定性理论,推导了气垫式调压室临界稳定断面积的详细公式。在此基础上分析最不利稳定断面积的取值,根据近年来国内十个不同水头段引水式水电站的资料,进行该公式各项参数的统计分析。结果表明:气垫式临界稳定断面详细公式主要由考虑水轮机特性的引水隧洞水流惯性项F_(th1)、压力管道项F_(th2)及调速器特性项F_(th3)三部分组成,在形式上与常规调压室一致,区别仅在于(1+m×p_0/l_0)倍的系数关系。气垫式调压室最不利稳定断面积取决于最大水头与设计水头之间的某个既能满足(1+m×p_0/l_0)较大,也能满足e1的水头。随着电站设计水头的增大,系数(1+m×p_0/l_0)的值也呈线性增大趋势,不能笼统地判断气垫式调压室适用于高水头水电站,应根据电站的工程规模作进一步详细论证。     

尾水岔管在调压室后交汇的水电站小波动稳定分析

基于刚性水锤理论,结合实际工程水道布置,考虑调压室阻抗作用以及实际水轮机和调速器特性,对采用尾水岔管室后交汇布置型式的水电站推导了水力机械系统小波动稳定性分析状态方程。运用稳定性理论,分析了电站的小波动稳定性,并利用基于特征线法的水电站过渡过程数值模拟进行验证,两者结果基本一致。随后研究了该类型调压室面积及阻抗孔口对系统稳定域的影响。结果表明:调压室面积越大,阻抗孔口面积越小,系统越稳定;当调压室设计面积超过稳定断面面积时,进一步增加调压室横截面积,对系统的稳定性并无多大改善,而当面积小于稳定断面面积时,系统的稳定域大幅度减小;阻抗孔口的尺寸会影响调压室的稳定断面面积,阻抗孔口尺寸越小,对应调压室所需的稳定断面面积越小。     

含气垫调压室的水电站输水系统小波动稳定分析初探

对气垫式调压室的电站输水系统的水力-机械微小波动稳定问题进行了初步分析，讨论了调速器参数、气体多变指数、气室高度、气室压力、运行水头对稳定性的影响，为气垫调压室的合理设计、安全运行提供了科学依据。     

水电站调压室托马临界稳定断面公式再认识

托马临界稳定断面公式通常被认为是含调压室的水电站输水发电系统运行稳定性判别的重要依据。本文首先从理论上论证了刚性水体假设与等出力调节方式下,系统不可能稳定运行;之所以能够得到托马临界稳定断面公式,是由于推导过程中忽略了调压室后压力管道与机组后尾水道的水体惯性,而这恰是导致系统不稳定的关键因素。其次针对实际弹性水体,理论上论证了等出力调节方式下,真实的水力发电系统也不可能稳定运行;同时指出含调压室的水电站输水发电系统稳定性主要取决于水轮机上下游侧的水锤反射系数;无论是调压室前引水道还是调压室后的压力管道与尾水道,管道内的摩阻均有利于稳定,调压室面积大小对稳定影响相对较小;等出力调节模式下,无论是采用刚性水体假设还是针对实际弹性水体,含调压室的水电站输水发电系统一定是不稳定的,一个不稳定的系统不可能存在稳定断面,托马临界稳定断面在理论上是不成立的。     

有调压室水电站多管多机时水力—调速系统的稳定性分析

本文讨论有调压室的水电站，当采用一条引水隧洞向多台机组供水，并且分岔管在调压室处时，水电站的水力-调速系统的稳定性，并给出有关的计算公式。     

长引水大流量水电站小波动调节保证设计仿真计算

水电站小波动运行是否稳定取决于自身特性,与所受干扰无关。长引水大流量水电站水流惯性极大,小波动过渡过程稳定性问题突出。文章以四川地区某水电站为例,针对该水电站引水发电系统小波动稳定性问题开展了计算分析,根据计算结果,在满足系统稳定运行和提高调节品质的条件下,提出了最优调压室断面尺寸和调速器参数。     

设调压室水电站负荷扰动下机组频率波动研究

通过研究设调压室水电站负荷扰动下机组频率波动过程,推导出机组频率尾波波动方程及其调节时间的计算式,并通过数值计算算例进行了验证。最后分析了调速器参数、调压室面积和负载自调节系数对机组频率尾波波动过程的影响。研究结果表明:机组频率尾波波动周期与调压室水位波动理论周期基本一致,且主要与调压室面积有关;对于机组频率尾波相角的变化范围,突增负荷工况时在π/2~3π/2之间,突减负荷工况时在-π/2~π/2之间;增大调速器参数,机组频率尾波波动的振幅和阻尼比同时增大;负载自调节系数有利于波动的衰减,增大负载自调节系数和调压室面积均能减小系统的调节时间。     

水泵水轮机无叶区压力脉动产生机理研究

抽水蓄能电站厂房振动问题是影响电站及电网安全稳定运行的关键技术难题。本文首先介绍了水泵水轮机无叶区压力脉动的幅值和频率特性,总结出无叶区压力脉动幅值大于其它位置、水轮机工况无叶区压力脉动幅值大于水泵工况、水泵水轮机水轮机工况大于常规混流式水轮机等规律性特征,指出了无叶区压力脉动的主频为叶片通过频率。其次,本文应用自由涡环量等于常数原理,通过对水泵水轮机水轮机最优工况远离运行区、水轮机工况转轮叶片进口速度三角形、飞逸转速工况压力脉动幅值最大等问题的深入分析,提出了水泵水轮机水轮机工况无叶区高幅值压力脉动源自于转轮叶片进水边正面脱流产生的自由涡这一机理性认识。     

GAMLSS模型在黄河流域蒸发皿蒸发量序列统计建模中的应用研究

本文采用广义可加模型(GAMLSS),以年份序号作为解释变量拟合模型参数,对黄河流域蒸发皿蒸发量序列的非一致性特征进行研究。考虑到流域空间差异性和年内变化,从年、汛期、非汛期3个时间尺度来研究黄河流域29个水资源三级区面蒸发量序列的非一致性特征。研究结果表明,黄河流域各水资源三级区的面蒸发量序列在不同时间尺度上均具有较为明显的趋势变化;非汛期蒸发序列呈现出显著的趋势变化,与一致性模型拟合结果相比,黄河流域非汛期蒸发序列的AIC准则(Akaike Information Criterion)和SBC准则(Schwarz Bayesian Criterion)值减少明显,能更好地反映出非一致性变化的特征。     

南方平原河网区城市内涝的全过程监测与特征分析

南方平原河网区中普遍存在由堤防、闸坝以及泵站形成的高度城镇化圩区,圩区内受降雨过程和泵站启闭影响的城市内涝特征和模拟方法仍有待探索。本文以常州市城市产汇流与内涝实验基地为对象进行了降雨、管道及河道水位流量等全过程长期监测,并通过布设水位计和视频监控设备进行城市内涝积水深度和范围自动监测。监测数据表明圩区内管网和河道流动性很差,管网长期处于淹没状态,监测期间管道水深有75%时间大于0.76 m;在检查井未发生溢流冒水现象时,仍然会发生内涝积水且主要集中在雨篦子周围道路低洼处,其深度和范围主要受到降雨过程、地形、雨篦子收水能力和泵站启闭的影响;开启泵站在增大管网排水能力的同时也在一定程度上削减了内涝积水范围。因此,根据降雨预报与内涝积水实时监测信息及时调控圩区水位可以有效缓解内涝积水情况,在模拟城市内涝时也不应忽略雨篦子收水能力和泵站启闭对内涝过程的影响;本研究可为构建城市内涝全过程在线监测平台提供参考,也能为城市内涝过程的概化模拟方法提供依据。     

垂直梯形闸门自由出流水力特性试验研究

垂直梯形闸门是一种新型平板闸门,与常规矩形闸门相比,因其不需修建闸室和扭面等附属建筑物,占地小,在灌区各级梯形渠道控流和分流应用方面具有优势。梯形闸门的过流边界条件特殊,与矩形闸门过流水力特性明显不同。为明晰其水力特性,在边坡系数为1.5、1.75和2的典型梯形渠道上开展了186组模型试验,重点分析了闸门开度e、闸前水深H₀等参数对闸后流态和流量的影响,并基于试验数据研究了梯形闸门自由出流时的流量计算方法。结果表明,水流经梯形闸门左、中、右孔口流出的三股水流在闸后碰撞,水面宽收缩至最小,中轴线及其附近水深最大,横向水面轮廓呈“驼峰”状,且驼峰出现的位置和水流碰撞引起的水面波动幅度与闸门开度、闸前水深有关。当流量和闸门相对开度分别增大1倍时,驼峰距闸门的距离分别由3.6e、8.2e变化为6.0e、3.3e,驼峰高度由1.5e、3.0e变化为2.4e、1.5e,驼峰下游渠道水流趋于均匀分布所需要的距离由15.0e、33.0e变化为34.0e、17.0e。收缩水流在势能和动能相互转化作用下沿横向和纵向扩散,能量沿程耗散,水面波动减小直至与渠道水面衔接。流量系数公式相对误差平均值为2.17%,其中相对误差小于6%的数据占比为96.3%,总体精度较好。研究成果可为垂直梯形闸门的工程设计和运行管理提供参考。     

粤港澳大湾区城市洪涝问题及其分析

近年来,粤港澳大湾区城市洪涝问题日趋严峻。本文梳理了大湾区典型城市洪涝事件,归纳了洪涝特征并分析了洪涝问题的主要驱动要素。结果表明,近100多年,大湾区年降雨量、降雨日平均雨量、暴雨日数及暴雨日降雨量占全年比例都波动增加,而降雨日数波动减少,降雨呈现增多且趋于集中的态势。大湾区降雨时空分布不均,近10年广州、东莞、惠州汛期降雨量占全年雨量的81%,广州龙舟水期间降雨量占全年约22%。虽然大湾区城市群呈现热岛效应,气温与城镇化率呈正相关,且100多年来各城市温度上升并与降雨量呈正相关;但受地理位置影响,各城市降雨量与其城镇化率的关系并不明显,而更下游的沿海城市面临更多的锋面雨和台风雨影响。近10年给大湾区带来暴雨以上降雨的台风有47场,发生在6—10月,其中恰逢天文大潮的有21场、有26场在大湾区以西登陆。近40年珠江口沿海海平面上升速率3.5 mm/a,高于全国平均水平,海平面的持续上升将使大湾区面临严重洪涝风险。对强降雨、台风暴潮、海平面变化等要素开展分析可为大湾区防灾减灾工作提供重要参考。     

金沙江下游梯级水库汛期运行水位协同浮动调度研究

为验证梯级水库汛期运行水位协同浮动调度模型方法的合理性与普适性,在金沙江流域开展实例分析。首先考虑洪水预见期变化,应用动态多目标算法高效求解调度模型;然后评价汛期运行水位协同浮动调度的风险与效益;最后推求乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝水库的汛期运行水位协同浮动关系。研究结果表明：相比年汛限水位静态控制调度方案,梯级水库汛期运行水位协同浮动调度方案在不增加防洪风险前提下,各水库汛期运行水位均可适当抬升,汛期多年平均发电量和电站弃水减少量的最高值(改善率)可达1071亿kWh(11.1%)和649亿m³(14.3%),有效提高了洪水资源利用水平,综合效益巨大。     

基于随机行走的海岛地下水流替代模型构建方法

地下水是海岛重要的淡水资源。为了解决海岛地下水管理实践中遇到的模型计算成本过高以及现有替代模型黑箱性问题,本文提出基于随机行走的海岛地下水流替代模型构建方法。通过GPU并行随机行走算法分别建立海岛的人工增储含水层、分层越流含水层、随机非均质含水层的替代模型,并与相应海岛含水层解析解或数值解进行对比,验证随机行走替代模型在不同海岛含水层模型中的适用性和可靠性,分析潮汐动态边界对海岛分层含水层的影响,最后评估行走元数量对替代模型误差及计算成本的影响。     

冻融作用对岸坡土体宏微观特性及岸坡稳定性影响研究

冻融作用是季冻区岸坡失稳破坏的主要原因。以黄河内蒙古什四份子弯道岸坡土体为对象,通过三轴剪切和扫描电镜试验,研究了冻融作用下岸坡土体的宏观和微观特性,并基于强度折减法,对冻融前后岸坡稳定性进行了分析。结果表明：随冻融循环次数增加,土体弹性模量、黏聚力和抗剪强度均呈减小趋势,其中弹性模量大小与含水率成反比,黏聚力在15次冻融后降幅达43.6%～60.04%,内摩擦角无明显变化规律;冻融后土体颗粒真圆度和孔隙概率熵随冻融次数增加先下降后上升,颗粒分形维度变化趋势与之相反,土体定向性和孔隙率呈增大趋势;黏聚力与土体孔隙率和颗粒真圆度相关,特别是与孔隙率呈高度负相关性,且土体微观参数间有明显的自相关性;冻融后岸坡稳定安全系数降幅达41.8%,说明冻融作用会显著降低岸坡稳定性,冻融后岸坡易发生失稳破坏。     

吐鲁番市地下水功能评价

吐鲁番地处内陆,干旱缺水,地下水是其经济发展和环境维持的重要支撑,为了合理开发和利用吐鲁番地下水,急需开展地下水功能评价。本文以吐鲁番地下水为研究对象,选取地下水开采潜力、生态敏感性、土壤盐渍化程度为评价因子,采用ARCGIS软件对各指标进行空间分析,运用层次分析法确定各指标权重值,对地下水的资源、生态和地质环境功能综合评价。结果表明,北盆地沿火焰山一带及南盆地艾丁湖乡、恰特克勒乡、迪坎乡一带,地下水可持续开发利用;北部天山山区、北盆地、托克逊县南部地下水的综合功能一般,可利用性一般,不宜再大规模开采;南部山区及库木塔格沙漠地下水功能弱,地下水不宜开采利用。     

混凝土坝水平缝面智能冲毛系统研发及应用

新老混凝土水平施工缝面处理是确保坝体混凝土整体性的关键工序。目前混凝土坝施工主要根据经验采用高压水人工冲毛方式对冲毛位置、冲毛时间等进行控制,存在工作强度高、作业主观性强等不足,难以实现冲毛质量的精准控制。针对上述问题,本文研究了混凝土水平缝面智能冲毛系统。基于工业机器人、自动化控制等技术研制智能冲毛装备,实现混凝土坝仓面无人冲毛作业;耦合多源传感器信息,建立智能冲毛装备运动学模型以及路径规划方法,实现智能冲毛装备自主避障;结合机器视觉理论,建立基于卷积神经网络的混凝土冲毛表面图像智能分类模型,实现冲毛质量的客观分析;同时,开发云端监控平台和无线通讯子系统,实现与智能冲毛装备之间的信息传输和多平台互联互通,并进行智能冲毛装备的有效管理和远程控制。此外,通过现场试验验证了智能冲毛系统的可行性和可靠性,研究成果为混凝土坝冲毛施工实现无人化作业、科学化质量管控提供了新的思路和技术手段,具有十分重要的现实意义和应用价值。