模拟边坡土壤虹吸排水试验研究

根据水力学中的虹吸原理,对模拟边坡土壤中的虹吸管过水量进行探究。通过试验与理论相结合推算出直径4 mm的虹吸管的沿程阻力系数,运用该阻力系数计算虹吸管在土壤中过水流量的关系,并进行试验研究。试验结果表明:土壤中埋设虹吸管的过水量随水位差增高而增大,当水位差大于3 m时将不能增加其过水量;土壤中埋设虹吸管的土层深度与管内过水量呈负相关,土层中土壤的渗透性是影响虹吸管过水量的主要因素。     

影响寸滩水位流量关系的水力因素探讨

寸滩水文站水位流量关系变化不仅影响重庆附近防洪形势,亦关系到三峡水库入库洪峰和水量计算的准确性.重点分析了洪水峰型、洪水形态、河道断面变化及三峡水库坝前水位等影响因素,选取长江上游多场历史典型洪水,基于实况比较及数值模拟手段,量化分析了不同水力因素影响下寸滩水文站水位流量关系的变化规律,为保障重庆市主城区和长江流域的防...     

退水渠道水力特性模拟的SPH方法及工程应用

退水渠建筑物是排泄灌溉渠道内剩余水量或入渠洪水的渠道,在灌区中起着至关重要的作用。为了得到退水渠道的水力特性,更好地指导工程设计和运行管理,通过三维建模,利用光滑质点水动力学方法(SPH)对退水渠进行数值模拟,对不同退水流量工况的沿程水深、水流流速以及消能率进行分析,结果表明：4种典型退水流量下,水面线会随退水流量的增大而升高,在设计流量Q=5.99m³/s时,分水池段的最大水深为1.69m,经验算满足边墙设计高度;渠道水流流速最大处在陡坡段末x=35m位置,最大流速6.53m/s;退水渠的消能率随着入流流量的减小而增大,4种典型流量的消能率最终达到了59.3%、57.04%、54.69%、50.02%。     

金昌二坝渠调水系统水能水量优化调度研究

针对金昌市二坝渠调水系统中供水水库与受水水库间输水渠有较大落差的特点,为解决输水渠不合理的年调水流量过程造成渠道梯级电站弃水量较大和受水水库供水综合效益低等问题,研究以水库缺水量最小和渠道蕴藏水能资源最大为优化目标,建立了调水系统水能水量联合调度模型。采用基于Pareto强度的多目标遗传算法求解调水流量序列的非劣解集,并基于最优调水流量过程利用"优化-模拟-仿真"的技术框架模拟分析了供水水库与受水水库的调度函数与调度规则。结果表明:优化调度方案合理可行,提高了渠道调水的有效性,增加了受水水库的综合效益,获取调水与发电双赢。     

渠底衬砌形式对输水灌渠内水力特征影响分析研究

为研究沈阳北输水灌渠中渠底衬砌形式对水力特征影响,利用ANSYS-Fluent共同计算分析了不同衬砌形势下水位与流速特征.有衬砌结构下水位稳定性高于无衬砌方案;双层式衬砌方案下以中游断面受来水流量影响更具显著;三层式衬砌方案下平均水位最高,且流量愈大,不同衬砌结构形式间水位差幅愈小.三层式衬砌方案不仅可约束非稳定渗流,...     

堤防决口水流水力学特性的三维数值模拟

堤防决口水流的水力学特性对于制定决口封堵方案至关重要。基于FLOW 3D建立了模拟堤防决口水流的三维数值模型,首先对局部瞬间溃决水流水位场分布进行了三维数值模拟,模拟计算结果与C. Biscarini等代表性文献介绍的研究结果吻合较好,印证了数值模型的可靠性和准确性。以某流域河流堤防为例,建立了不同决口口门形状（U形、V形、T1形和T2形）的决口水流三维数值模型,计算分析了4种口门形状下决口附近的水位场及流速场分布规律。结果表明:进入决口后水流发生急速的侧向收缩和纵向跌落,决口处水深和流速在垂直水流方向断面上呈两侧小中间大的近似拱形分布,决口进口附近水流最大流速出现在决口左侧堤脚。数值模型和模拟方法可为制定堤防决口的最佳堵口方案提供技术参考。     

黄河下游不同调控洪水下河道水位的变化

在基本相同的水量条件下，设计了4种出库洪水方案，其洪峰流量分别为2600、4000、5000、6000m^3/s，利用实体模型试验研究了小浪底水库相同水量不同调控洪水过程中黄河下游特定河段水位的变化情况，比较了各方案洪水前后相应平峰流量的水位降幅。结果表明：①各方案均表现出随着历时的增加沿程各断面同流量水位降低；②总来水量和来沙量基本相同时，不同设计洪水前后同流量下水位降幅与设计洪水洪峰流量成正比；③总来水量和来沙量基本相同，设计洪水洪峰流量超过5000m^3／s时，同流量下水位降幅不明显；④漫滩水量增大时，洪峰前后水位降幅减小。     

黄河河口平原多闸坝河道水流数学模型

针对黄河下游河口平原区河流的特点,在充分考虑多闸坝及潮汐作用的影响下,采用MIKE11软件构建多闸坝河道水动力模型,同时利用实测资料进行参数率定及模型检验。结果表明:广利河河网下游水位变化趋势受上游来水流量的变化趋势影响较大,水流状况受人工调控明显;大部分典型断面的模拟结果较好,所确定的参数基本可以反映河道及流域特征。模型可以为下一步进行水量水质耦合模拟及河网库群与闸坝调度方案研究提供较为准确的水动力条件。     

SKM模型在天然河道的适用性研究

采用有限体积法对SKM模型控制方程进行离散,使其可以应用于任意断面形状的天然河道水力要素计算。通过自编程序,将该数值模拟方法应用于长江朱沱水文站和英国特伦特河Yoxall水文站断面深度平均流速及水位流量关系计算,所得数值解与实测结果吻合良好。实例应用结果表明,采用该数值模拟方法可以有效地解决SKM模型在天然河道中的应用难题,其在河道过流能力、水位等方面预测合理可行,具有实际应用价值。     

带流速自校正的智能明渠流量测量装置

由于广泛使用的明渠呈开口形状,且水渠中的水位高度又是一个变化值,这给明渠的水流量测量带来很大困难.本文介绍了一种带流速自校正的智能明渠流量装置,能根据所测量明渠中水的液位值,自动调整流速传感器在水中的高度,并自动校正出整个明渠两个截面的平均流速,从而实现明渠水位高度、瞬时流量和累计流量的准确测量.     

考虑预制混凝土“设缝”作用的梯形渠道冻胀机制影响研究

寒区衬砌渠道输水能力下降主要是由常年冻融作用下衬砌结构发生冻胀破坏所致,针对渠道衬砌结构冻胀破坏问题提出渠坡板纵向设缝的抗冻措施与数值分析方法。本文通过将渠道衬砌板与冻土视为整体处理的方法构建混凝土衬砌渠道热力耦合冻胀模型,以甘肃省景泰灌区某混凝土衬砌渠道为研究对象,考虑不同设缝措施与纵缝填充的接触本构对3种工况进行抗冻影响因素分析。结果表明：渠底深部基本不受渠道整体几何边界的影响,但渠道边界尺寸和基土热流分布均对基土上部温度场变化具有显著影响。渠道阴坡、渠底和阳坡最大冻深分别为86.3、67.5、58.2 cm。通过合理设缝措施可使渠道阴坡法向冻胀力降低40.7%、底板冻胀量减小63.5%、切向冻胀力降低43.8%,使渠道断面冻胀分布趋于均匀,且模型分析与实测结果相符,表明本文构建模型的合理性。研究结果可为长距离输水渠道数值计算提供理论依据。     

两种运行方式下灌溉渠道的非恒定流数值模拟

为了保证灌溉渠道运行安全、合理调配水量,研究单一渠段的非恒定流过渡过程对促进灌溉管理水平是十分必要的。通过考虑灌溉渠道的不同运行方式以及节制闸的不同调控等综合影响,按照灌区常用的渠段上游常水深运行和下游常水深运行 2 种运行方式,应用渠道非恒定流数值模拟的特征线法及矩形网格计算格式,对梯形断面渠段由于不同闸门调控方式所引起的非恒定流过渡进行模拟,比较 2 种运行方式以及预报出各级节制闸调闸时间提前量,全面地反映系统动态并且较明确地模拟闸门调节过程。     

南水北调中线干渠桥墩壅水计算公式的选择

南水北调中线工程沿线布置数百座桥梁,桥墩壅水对渠道的过流能力和渠道的水面线具有一定的影响,因此,准确计算桥墩壅水对于水面线的计算和输水渠道的设计具有十分重要的作用。以典型的圆柱型桥墩为研究对象,采用VOF方法对桥墩周围的紊流场进行了数值模拟,并计算了给定水深、流量和桥墩阻水比等条件下桥墩的壅水大小,通过与一维经验公式计算结果的对比,建议选择无坎宽顶堰公式作为桥墩壅水计算公式。最后,在南水北调中线干线一维数值仿真平台上分析了所有桥梁的壅水效应对渠首水位的影响。     

小开河灌区渠道的输水输沙特性①

依据小开河灌区运行10 a来的资料,总结灌区引水引沙条件和渠道断面特性,研究干渠不同渠段的引水分布特征和泥沙长距离输送、淤积特性。根据断面实测流量资料,给出输沙渠不同渠段的河宽、水深、流速、水力半径等水力参数与流量关系的水力几何形态指标,进而得出小开河灌区不同渠段的水流挟沙力与流量的关系。计算结果表明,设计流量下小开河灌区输沙渠沿程输沙能力变化不大,输沙渠中段由于渠道宽度较大,相同流量条件下的输沙能力较上、下段偏小约2 kg/m3。     

明渠流水击现象基本理论探讨

从一维明渠非恒定流基本方程组出发,采用特征线法进行数值离散,探讨了明渠流水击现象的基本理论。以南水北调中线工程总干渠某段明渠为例,计算分析了设计流量和加大流量下进、出口节制闸同时关闭时的水位最大壅高值。指出:明渠流中亦存在水击现象,这种水击可划分为直接水击和间接水击,水击的出现类型与断面水力要素及渠长有关。     

蓄水条件下蓄水沟水体与相邻土壤的盐分运移规律研究

在盐碱地治理“改排为蓄,水地共处,和谐生态”的卤泊滩模式中,通过调整蓄水沟水位高低和含盐浓度的动态变化,使土壤中盐分扩散运移,循环加速压盐,改变土壤盐分在垂直方向上的分布,从而实现对盐碱地的治理。本文通过试验和数值模拟的办法对这一新的机理给予研究。在蓄水条件下,对水体与土壤相邻体进行室内试验观测盐分扩散及平衡规律;针对研究对象,建立盐分运动数学模型,并进行模拟计算。分析了蓄水水位高、水中盐分浓度小情况下,土壤中盐分快速扩散到水体中,以及蓄水水位低、水中盐分浓度高情况下,水体中盐分快速扩散到土壤中的运移规律     

基于两阶段人工鱼群算法的U型渠道断面优化设计

渠道断面优化是控制农田水利工程成本的重要因素,已有的渠道断面优化研究以梯形渠道为主,对U型渠道研究较少。以优化U型渠道深度、圆弧半径和直线段外倾角为目标,建立以U型渠道过水断面面积最小为目标函数、满足设计流量要求的数学优化模型。根据U型渠道水力计算的复杂性,利用引入协调行为的两阶段人工鱼群算法,对渠道断面设计进行优化。优化结果满足边坡稳定等约束条件。将模型应用于连云港市赣榆区黑林镇土地整理项目,10条斗渠过水断面面积均减小,优化后占地面积共减少28.603 m~2,占原占地面积的5.0%。     

长距离明渠调水工程蓄量动态调节控制算法研究

本文阐明了明渠渠池蓄量与节制闸闸前水位之间的单值对应关系,在此基础上提出一套通过动态调节渠池蓄量,实现闸前常水位运行的控制算法。该算法基于流量平衡和蓄量平衡关系推导,前馈控制与反馈控制相结合。前馈控制根据分水口计划主动调节各渠池蓄量,起粗调作用;反馈控制针对前馈控制过程出现的水位偏差,通过动态调节各渠池蓄量实时校正,起细调作用。该算法具有原理简单,参数率定简便,控制规则灵活,实用性强等特点。算法在南水北调东线工程胶东段渠道进行了仿真测试,模拟环境包含水位死区和闸门运动死区。结果表明,所提算法能够有效克服长距离明渠水力滞后的影响,及时有效消除各渠池闸前水位偏差,将水位波动限定在安全范围内。     

基于明满流瞬变计算方法的大型灌区输水隧洞最优泄水流量计算

为了明确输水隧洞内的明满流水力瞬变过程以及优化泄水闸的泄水流量,介绍了圆形输水隧洞中明满交替水流水力瞬变计算原理和方法.以某大型灌区干渠工程为例,根据窄缝法计算原理,采用显式差分中的扩散法,对圆形输水隧洞中的明满交替水流进行了水力瞬变计算研究.给出了圆形隧洞瞬变流计算的水力要素计算公式,得到了输水流量变化时隧洞不同断面...     

明渠调水工程事故段上游闸门群应急调控研究

为了保障明渠调水工程突发事故下的安全、高效运行,以流量中断事故为例,开展了事故段上游闸门群的应急调控策略及方法研究。应急调控策略包括:及早消减过剩的流量和蓄量、维持分水口的正常分水、充分利用渠道自身调蓄能力、避免渠池蓄量的反复调整等。具体提出了混合式闸前常水位+等体积运行方式,给出了切换范围的计算方法,基于流量平衡和调蓄时间估算方程,设计了两步式闸门群应急控制方法,并在南水北调中线总干渠上游30个渠池591 km渠道使用一维明渠非恒定流仿真模型进行了测试。结果表明,运用所提出的应急调控策略和两步式闸门群应急调控技术,无论渠道采用传统的单一式闸前常水位运行方式,还是采用新提出的混合式"闸前常水位+等体积"运行方式,均能取得安全高效的应急调控效果。相较而言,采用新型混合式运行方式可有效降低应急调控过程中的蓄量变化,加快过渡过程,案例中在闸门操作次数相当的条件下,过渡时间缩短约50%。