国内大孔口水闸结构关键技术问题研究

由于国内传统水闸存在孔口小、形态单一且自动化程度低等局限,已满足不了国民经济建设需求,大孔口水闸建设势在必行。但是,现有设计规范尚未对大孔口水闸结构设计提出明确的计算方法。为此,从大孔口水闸结构自身特点出发,围绕地基不均匀沉降、闸基渗流稳定及水闸结构温控防裂等关键技术问题展开讨论并提出合理化建议如下:地基处理方面,应根据地基条件、结构特点以及施工条件等通过有限元数值分析,组合选用桩基法、换土垫层法、排水固结法、振冲法及深基础等地基加固技术;在闸基渗控方面,可依照防渗、排渗、反滤三者相结合的原则,因地制宜地选择渗控措施;对于水闸底板和闸墩结构,应根据工程实际情况组合选用结构分缝、控制混凝土浇筑温度、水管通水冷却、表面保温等温控措施,以解决大孔口水闸结构温控防裂问题。     

以生态系统稳定为目标实施湖荡生态修复和保护措施

总体上讲,系统的稳定性应当包括恒定性、持久性、惯性、弹性、恢复性、局部稳定性、全局稳定性等主要方面。生态系统的稳定性包含稳定与平衡的临界范围的概念。由于人口的剧增和不合理的开发利用,现存的湖荡正一个接一个地遭到破坏,湖荡的水质、生态系统不断发生恶化。湖荡生态环境系统结构的逐步破坏和生态功能的不断退化,造成湖荡水域不断缩小、水质日益恶化、行洪与调蓄功能削减、湖荡周边生态旅游环境功能退化、湖底淤积加剧、生物群落多样性下降、湖荡的自净能力降低等严重后果,对人类和生态环境造成了极大的影响,通过进行湖荡生态系统稳定性评价,提出水生态保护规划,以促使湖荡生态环境建设的有序进行,修复湖荡良性生态系统,保障整个区域的经济社会和环境生态的协调、健康发展。     

西霞院电站厂房基础混凝土灌注桩施工

西霞院电站厂房基础局部承载力不足,设置了后压浆混凝土灌注桩加固地基。施工中遇到了塌孔、串浆、冒浆、地基抬动等难题,采取了黏土、水泥、碎石回填,管井、减压井、挖深坑降水,变化浆液浓度和压力进行间歇灌浆,设置抬动观测点等措施,解决了难题,并通过高密度电法,频谱激发极化法,地震波测试,低应变、高应变和静载试验等方法,对扰动区充填加固效果及桩基质量进行了检测。结果表明,地层充填加固效果良好,桩基施工质量满足设计要求。     

考虑初始几何缺陷的大型钢板筒仓构造措施的研究

钢板筒仓在煤炭、电力、粮食等行业中有着广泛的应用,对其构造措施进行研究十分必要。通过数值分析方法,从加劲肋的设置范围及位置、加劲肋宽度、加劲肋厚度、加劲肋间距等方面对存在初始几何缺陷的钢板筒仓不同加劲肋构造的稳定性能进行了研究。研究表明,加劲肋应设置在0～16 m范围内;环向加劲肋选L125×10号等边角钢,环向加劲肋间距2 000 mm;竖向加劲肋选10 mm厚100 mm宽的钢板,竖向加劲肋间距1 600 mm。影响仓壁屈曲承载力的主要因素是加劲肋的设置范围,其次加劲肋的宽度、间距和厚度也是影响仓壁屈曲承载力的重要参数。     

扭曲面体积计算方法探讨

扭曲面作为衔接过渡建筑物，被广泛地用于水利、交通、城市建设等工程中，但对于其体积的计算，目前尚没有统一科学的计算公式和计算方法．致使设计、施工和监理各方对其工程量认可不一，同时也影响了工程投资的准确性．为此，对扭曲面曲面体进行了分析研究，通过建立迎水侧和被水侧的扭曲面方程，运用微积分学理论，从而推导出扭曲面的曲面体体积的计算公式，并对理论公式进行了验证．利用该公式，可快速准确地计算出扭曲面的工程量，解决了扭曲面工程量的计算难题．     

Reservoir Operation by a New Evolutionary Algorithm: Kidney Algorithm

This article shows an application of a new algorithm, called kidney algorithm, for reservoir operation which employs three different operators, namely filtration, secretion, and excretion that lead to faster convergence and more accurate solutions. The kidney algorithm (KA) was used for generating the optimal operation of a reservoir namely; Aydoghmoush dam in eastern Azerbaijan province in Iran whose purpose was to decrease irrigation deficit downstream of the dam. Results from the algorithm were compared with those by other evolutionary algorithms, including bat (BA), genetic (GA), particle swarm (PSO), shark (SA), and weed algorithms (WA). The results showed that the kidney algorithm provided the best performance against the other evolutionary algorithms. For example, the computational time for the KA was 3 s, 2 s, 4 s, 6 s and 3 s less than BA, SA, GA PSA and WA, respectively. Also, the objective function for the optimization problem was the minimization of the irrigation deficits and its value for the KA was 55%, 28%, 52%, 44 and 54% less than GA, SA, WA, BA and PSA, respectively. Also, the different performance indexes showed the superiority of the KA compared to the other algorithms. For example, the root mean square error for the KA was 74%, 61%, 68%, 33 and 54% less than GA, SA, WA, BA and PSA, respectively. Different multi criteria decision models were used to select the best models. The results showed that the KA achieved the first rank for the optimization problem and thus, it shows a high potential to be applied for different problems in the field of water resources management.     

卡邦波水电站水－机联合过渡过程大波动研究

以广东省内某大型水利工程为背景,综述当前国内外混凝土表面主要防护材料在工程中的应用,提出适用于该工程的混凝土防护涂层系统,为工程遴选防护材料提供借鉴和参考。以赞比亚的卡邦波水电站为例,根据引水发电系统的布置,建立包括引水隧洞、水轮机、尾水调压洞、尾水隧洞的数值计算模型,模拟在机组开机、停机、甩负荷等各工况下,整个引水系统建筑物各部位的压力、蜗壳末端最大压力、机组转速上升以及尾水调压洞最高和最低涌浪;同时,论证了将尾水调压洞模拟为尾水调压室计算所得结果的可靠性。通过水机电联合模拟,得到了更可信的调节保证参数计算值。     

水力机械转轮流固耦合特性分析与设计要素研究

水力机械种类繁多、流动复杂,转轮流固耦合动力特性及如何考虑设计要素对机组安全稳定运行极为重要。论文基于现代水力机械流动分析技术及流固耦合特性分析方法,对转轮的关键设计要素进行探讨,并展示了本课题组在转轮内部流动物理现象如漩涡、空化、压力脉动、含沙水流运动等的模拟、分析、预测方面的技术方法及成果,以及转轮共振和疲劳破坏的流固耦合动力特性分析案例,并对新电站机组选型设计、老电站改造、新型机组研发方面的工程应用进行分析,同时展望了多场计算技术、转轮寿命预测、信息共享平台建立等方面的发展前景。     

李家峡水电站拱坝强震监测台阵的布设

对黄河上游李家峡水电站强震安全监测台阵布设的技术方案进行了详细阐述，内容包括场地的工程概况、台站场址的地址条件、台站的设计、仪器的性能指标及现场施工的具体情况、数据的采集分析等，可供其他大坝强震监测台阵设计时参考。     

基于物联网模式的水库大坝安全监测智能机系统设计

针对当前大坝安全监测系统的发展现状,以及我国大坝安全监测系统的设备化、网络化、智能化程度低、系统稳定性差、数据传输滞后和数据丢失等缺陷,提出了基于物联网模式的水库大坝安全监测智能机系统设计。该系统综合应用无线传感器网络技术、嵌入式计算机技术、射频识别技术、有线(无线)数据通信技术、电子与信息技术、水工技术,以此集数据采集、数据传输、数据存储及处理、电源管理、数据显示等功能于一体。将智能机系统应用在湖南省大坝安全实际监测中,结果表明:该系统在稳定性、可靠性、实时性、准确性等方面都满足了设计要求,且其网络畅通率大于95%,数据完整率大于98%。     

基于模糊综合评价法的大同市山洪灾害风险评价

针对大同市山洪灾害风险性评价研究的不足,结合模糊综合评价法、层次分析法与GIS法三种方法的优势,对大同市进行山洪灾害风险评价。根据大同市地理环境及区域概况,选择降雨强度、强降雨频率、地形起伏度、河网密度、植被覆盖率、人口密度、GDP密度、农田面积比和矿区面积比9个影响因子构建因素集,选用降半梯形函数计算隶属度,采用层次分析法计算各因素的权重。以栅格数据为基础,利用GIS的空间分析功能,完成风险评价过程。评价结果表明,大同市极低风险区、较低风险区、中等风险区、较高风险区、极高风险区占全市面积的比例分别为36.86%,32.43%,14.69%,8.77%,7.25%。用历史山洪灾害数据对评价结果进行验证,表明评价结果与当地实际风险程度基本一致,可以作为大同市山洪灾害防治与管理的参考依据。     

水电机组状态监测与故障诊断技术研究现状与发展

根据状态监测与故障诊断技术在水电领域的应用情况,介绍了水电机组稳定性、水轮机空蚀和调速系统等水电机组状态监测与故障诊断的主要内容及其现状;着重阐述了故障树分析法、模糊理论、人工智能及小波分析等该领域的主要研究方法和研究成果及其应用情况;并对水电机组状态监测与故障诊断技术的发展前景和趋势进行了分析与展望。     

Experimental study on water-saving and emission-reduction effects of controlled drainage technology

Field experiments and laboratory analysis were carried out to determine the effects of controlled drainage(CTD) and conventional drainage(CVD) technologies on drainage volume, concentrations of NHt4-N, NO 3-N, and total phosphorus(TP), nitrogen and phosphorus losses, rice yield,and water utilization efficiency. Results show that CTD technology can effectively reduce drainage times and volume; NHt4-N, NO 3-N, and TP concentrations, from the first to the fourth day after four rainstorms decreased by 28.7%e46.7%, 37.5%e47.5%, and 22.7e31.2%, respectively,with CTD. These are significantly higher rates of decrease than those observed with CVD. CTD can significantly reduce nitrogen and phosphorus losses in field drainage, compared with CVD; the reduction rates observed in this study were, respectively, 66.72%, 55.56%, and 42.81% for NHt4-N, NO 3-N, and TP. Furthermore, in the CTD mode, the rice yield was cut slightly. In the CVD mode, the water production efficiencies in unit irrigation water quantity, unit field water consumption, and unit evapotranspiration were, respectively, 0.85, 0.48, and 1.22 kg/m3, while in the CTD mode they were 2.91, 0.84, and 1.61 kg/m3 din other words, 3.42, 1.75, and 1.32 times those of CVD. Furthermore, the results of analysis of variance(ANOVA) show that the indicators in both the CVD and CTD modes, including the concentrations of NHt4-N, NO 3-N, and TP, the losses of NHt4-N, NO 3-N, and TP, irrigation water quantity, and water consumption, showed extremely significant differences between the modes, but the rice yield showed no significant difference.     

黄河花园口站近523年天然径流量序列重建

通过对1919～1977年黄河中上游玛多、兰州、西宁、延安、太原、西安、郑州等16站的旱涝等级和,陕西黄帝陵园柏、华山西峰顶华山松、河南孟津侧柏、黄河上游阿尼玛卿山园柏树木的年轮,以及通天河直门达站年径流量诸因素与花园口站汛期天然径流量的相关分析,建立了花园口站径流量回归模型,重建了1485～2007年的天然径流量序列,并就其历史变化特点进行了分析.结果表明:①重建序列与现有序列具有较好一致性;②近523年径流量变化具有较明显的阶段性,大致经历了9个枯水段和8个丰水段.     

基于模糊灰色关联分析的集群项目标段划分

为制定合理的集群项目标段划分方案,综合运用灰色系统理论,提出集群项目标段划分模糊灰色关联分析与评价方法。首先,结合集群项目特点,筛选出物理空间、施工时间、工序衔接、施工组织、专业属性、辅助工程等6类子项目间相关关系。然后,利用G1法确定集群项目各子项目间相关关系权重,并对其进行三角模糊数量化赋值,选取比较序列与参考序列。最后,综合考虑各相关关系权重影响,进行模糊灰色关联分析,计算各子项目间加权模糊灰色关联度,根据关联度排序结果选出最优标段划分方案。研究结果表明:通过建立集群项目标段划分模糊灰色关联模型,实现各子项目间相关关系的量化分析,有利于降低工程管理难度,最大限度地发挥集群项目管理优势。     

考虑裂隙的几何-力学特性的双重孔隙介质水-应力耦合模型及其有限元分析

建立了一种双重孔隙介质水-应力耦合模型,其特点是可考虑裂隙的组数、间距、方向、连通率、开度、刚度及应力水平对介质的弹性模量、孔隙率及渗透系数的影响,并研制出相应的二维有限元程序.以模拟饱和的双重孔隙岩体在外荷载作用下产生沉降为算例,针对岩体的孔隙率与渗透系数分别是常数及按照本文中所述规律变化的两种工况,考察了不同岩体中的变形、孔隙水压力与裂隙水压力及流速、主应力等的分布与变化.结果表明:将岩体的孔隙率与渗透系数作为应力的函数,与将其作为常量的方法相比,二者对岩体的变形及应力的影响不大,但前者对孔隙水压力、裂隙水压力及流速的影响强烈.     

基于逆向扩散和分层赋权的黄河堤防工程安全评价

针对黄河堤防工程安全的评价问题，首先基于后果逆向扩散法，构建了多层次半结构性的评价指标体系；基于分层赋权思路，对多层次的黄河堤防评价体系进行赋权。第1层（输入层）通过计算熵值权向量来确定指标的数学权向量，第2层（准则层）采用熵值权向量、等权重和经验赋权法3种权向量，利用模糊评价模型进行计算对比。选择黄河下游6个典型堤段进行实例计算，第2层采用了3种权重进行计算，第1种为熵值权向量（0.394,0.606）；第2种为等权重（0.500,0.500）；第3种为主观权重（0.600,0.400）。根据评价结果可知，综合评价值趋势和走向基本一致。工程因素子系统最优的是堤防1、3、4，非工程因素子系统最优的是堤防5、6，熵值权向量和等权重评价结果均为堤防5黄河北岸陶城铺段堤防最优；主观权重评价为堤防3黄河南岸东平湖段堤防最优。后果逆向扩散法可以快速全面的确定安全影响因子，分层赋权可以有效的克服人为权重的影响，从而保证获得客观合理的安全评价值，并能根据评价结果找到堤防工程安全相对薄弱的因素，为黄河堤防的安全运用提供数据支撑。     

梯形透水潜坝三维水流特性的数值模拟

基于OpenFOAM开源程序包,对4种透空率(0.1、0.2、0.3和0.4)潜坝的三维流场进行数值模拟,研究了透空率和流量对透水潜坝周围三维水流特性的影响规律。结果表明:相同流量条件下,随着透空率增大,坝后回流减弱,上升流高度降低,缓流区范围减小,涡量减小,坝体腔内及坝后透水圆孔附近紊动能增大;相同透空率条件下,随着流量增大,坝后缓流区范围增大,回流逐渐减弱,掺混紊动作用加剧,涡量及紊动能的大小和影响范围也逐渐增大。     

水工隧洞线路布置的关键技术分析

水利水电工程中水工隧洞使用相当频繁,其线路布置直接关系到工期、造价、运行等各个方面。以几个水电站工程为例,分析了水工隧洞的平面线路布置、拐点设计、隧洞埋深与纵坡的选取、施工支洞的布置以及跨越冲沟的方式等关键技术,为相关工程的选线和设计提供借鉴和参考。     

大坝三维协同设计研究Ⅰ:大坝信息模型及框架

为改进传统大坝设计流程,提高设计效率,在总结三维协同设计研究进展以及对水利设计行业目前存在问题分析和研究的基础上,提出了包含规划子模型、任务管理子模型、参数化子模型、装配子模型、专业分析子模型、概算子模型、进度子模型、协调子模型和工程图子模型的大坝信息模型,阐述了大坝信息模型的定义、框架和组成,并针对土石坝设计提出了土石坝三维协同设计模型框架,为三维协同设计在大坝设计中的应用和三维协同设计平台的构建和实现提供了理论基础。