明渠瞬变流最优等容量控制

本文对明渠瞬变流等容量控制作了系统研究,以圣维南方程和现代控制理论为基础,建立出近似最优等容量控制数学模型,并编制出计算程序,对三个渠段、四道闸门的模型实例进行了计算,然后经水力模型试验比较,其计算与试验结果基本相符。所提供的数学模型可用于输水道全自动化程控设计。     

基于微分几何的水电站过渡过程非线性控制研究

建立基于刚性水击的水电站小波动及水力干扰过渡过程非线性数学模型，从非线性微分几何控制理论出发，提出构造调节输出函数的设计原则，使得非线性非最小相位系统能完全精确线性化，从而避免了判别零动态稳定性问题。运用该设计原则，推导出水电站小波动及水力干扰过渡过程非线性控制律，同时进行了数值仿真试验。结果表明：本文所提出的非线性控制律计算结果合理，且明显优于常规控制律，表明了该设计原则的正确性及可实用性。     

基于微分几何的水电站过渡过程非线性控制

通过建立基于刚性水击的水电站小波动及水力干扰过渡过程非线性数学模型,从非线性微分几何控制理论出发,提出了构造调节输出函数的设计原则,使得非线性非最小相位系统能完全精确线性化,从而避免了判别零动态稳定性问题。运用该设计原则,推导出水电站小波动及水力干扰过渡过程非线性控制律,同时进行了数值仿真试验。结果表明:本文所提出的非线性控制律计算结果合理,且明显优于常规控制律。     

复杂内边界长距离输水明渠的一维非恒定流数学模型

大型跨流域调水工程。通常具有输水线路长、沿程过水建筑物类型和数量多的特点。节制闸、分水口及倒虹吸、渡槽等建筑物与水流的复杂作用，造成了长距离输水明渠非恒定流模拟的困难。建立了复杂内边界长距离输水明渠的一维非恒定流数学模型。模型定义和模化了节制闸、倒虹吸和多孔并联渡槽等3种类型的内边界条件，实现了对输水明渠水力过渡过程中水位、流量大幅度变化的无间断连续模拟。模型应用于南水北调中线一期工程总干渠全线和单个闸门的模拟分析。验证了模型的合理性。结果表明，模型能够模拟多内边界复杂输水渠道的水力响应过程，可作为南水北调中线一期工程等跨流域大型明渠输水工程的模拟工具。     

引水明渠二维水流数学模型的建立及应用

准确计算引水明渠内的水力学特征对于设计渠道断面型式及控制渠道泥沙淤积等具有重要意义。通过建立平面二维水流数学模型,对某引水渠道及其上游干流、下游库区区域的水流进行了数值模拟研究,分析了计算区域内的流态、流速分布和水位变化等水力参数。在此基础上对引水明渠渠底高程进行优化,对比了不同高程下渠道的水位和水流特征,成果可为明渠的优化设计及其防淤方案的制定提供科学依据。     

寒冷地区供水工程引水明渠结冰问题数值模拟

以宁夏吴忠金积供水工程为例,对在冬季寒冷地区利用引水明渠从河流或水库引水时遇到的结冰问题进行研究。利用一维非恒定水力热力耦合数学模型对3种典型工况下引水明渠水温分布进行数值模拟,得出不同水深、不同风速时的初始结冰位置。利用冰盖厚度发展数学模型对10 a来冰盖发展情况进行数值模拟,并与经验公式计算结果进行对比,得到了较为一致的结果。根据数值模拟结果,得出寒冷地区引水明渠冬季供水时渠水温度的分布规律,总结出影响水温分布及初始结冰位置的因素。     

基于虚拟流动法的输水明渠冰情数值模拟

对于北方地区的明渠输水工程来说,当冬季气温降低或春季气温回升时,明渠中会产生大量的流冰,在合适的水力条件下,流冰相互堆积形成冰塞,轻则降低渠道的输水能力,重则引发事故。研究了基于虚拟流动法的输水明渠冰水动力学数学模型,解决了冰盖动态发展的计算问题,并对典型输水明渠冰情动态发展的过程进行了模拟、分析。     

喀麦隆曼维莱水电站无压引水系统瞬变流分析

针对喀麦隆曼维莱水电站无压引水系统明渠的过流能力及其水力瞬变流特性,基于明渠水流的基本方程,推导得到了相应的特征隐式格式算法以及边界条件,建立了长明渠引水式水电站瞬变流分析的仿真模型,并进一步结合工程实例揭示系统的瞬变流特性。与二维水力仿真分析成果进行比较验证分析,可知该水电站水库和压力前池水位差为1.06 m的情况下,引水明渠过流能力不足以通过4×112.5 m~3/s的额定流量。融合明渠的水力特性和压力前池的水位波动特性,水电站水力—机械系统调节保证计算参数的控制值均满足要求,其中明渠出口(压力前池)最高水位为392.362 m,低于相应的渠道末端顶高程394.270 m,满足布置要求。水电站水力—机械系统的水力干扰和小波动过渡过程均满足稳定性要求,且调节品质优良。研究成果可为工程设计和电站运行提供可靠的技术支撑,在合理选择前池容积的前提下,实现对渠道引水能力、渠堤沿线高度和前池最大水位波动的有效控制。     

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。     

明渠水力最佳断面的比较

本文从水力学角度推导了Ｕ形、悬链线形及抛物线形明渠的水力最佳断面，用ｎＱ／√ｉ的函数形式表示各种渠道的最佳水力断面 断面面积、湿周和水力半径，通过与工程中较常采的梯形及矩形渠道断面比较得出：明渠水力最佳断面按优排序为Ｕ形、悬链线形、抛物线形、梯形（ｍ＜４／３、矩形、梯形（ｍ＜４／３）．     

调水工程设计新思想的探索

根据现代水利的发展要求，探索了调水工程的设计思想如何适应新形势的发展要求。研究的主要问题包括：输水方式应适应现代水利发展思路的要求，机电设备性能与运行效益的关系，常规技术与新技术的关系，水力控制理论在调水工程建设中的作用，工程总体规划设计质量的保证问题。建议是：在输水方式的选择上应与节水、防污和生态保护有机结合起来，尽可能采用封闭式输水方式；在机电设备的选择上，应当建立“重运行效率、供水的可靠性，轻设备本身投资”的观念；对于那些效益巨大的新技术，大型调水工程建设应当成为采用新技术的典范；在调水工程的规划设计方面，应当应用水力控制的研究方法，对全系统的水工、机电、自动监测监控系统进行最优配置；改进现有调水工程规划设计质量保证体系，除了专家会议审查以外，应当有一个第三方对设计院方案进行深入细致的科学计算研究论证。     

引调水工程融合建设抽水蓄能电站的 “调水+”新模式探讨

考虑当前发展阶段引调水工程投资回报率较低、水价普遍难以覆盖建设运营成本的实际，提出“调水+”新 模式，以期通过多重项目功能，发挥综合效益实现总体平衡，解决单一引调水工程当前水价条件下市场化运作困 难的问题。为科学计算“调水+”模式产生的经济效益，主要采用单方调水成本比较法，分别以引调水工程结合纯 抽水蓄能电站以及结合非循环式抽水蓄能电站两种案例，从年运行费、折旧费和利息支出方面测算“调水+”模式 的调水成本，与未使用“调水+”模式的引调水工程调水成本进行比较，并结合各自特点提出水能融合应重点关注 的主要条件。结果表明，两种案例下采用“调水+”模式后，引调水工程单方成本分别降低 0.32 元/m3和 0.16 元/m3。 实际工程应用中“调水+”模式应当全面考虑区域抽蓄和引调水工程的建设需求、工程规模、开发时序、工程调度、 运行成本等因素。研究成果可为充分发挥“调水+”模式经济效益提供新的思路。     

调水工程水力控制综述

调水工程水力控制是一门新的交叉性学科,是一门研究采用工程措施和运行方法对系统内水流的运动实施控制的学科。本文介绍了该学科的理论体系、主要研究内容。论述了相关理论的国内外研究现状、进展,存在的问题,包括管道水击、明渠非恒定流、冰水力学、系统故障和泄漏检测技术、以及大系统的优化设计和运行最优化、地理信息系统、现代计算机数字三维仿真等。介绍了调水工程水力控制形成发展的历史,提出了几个值得关注的发展新方向和建议。     

黄河山东段渠首工程要素配置及引水防沙效能

通过对黄河山东段 37处引黄渠首涵闸工程的渠首位置、引水高度、口门形状、河闸底高差、河道溜势、防沙设施及分流比等工程要素不同配置的分析 ,探索其对工程引水防沙效能的影响 .黄河山东段渠首工程建设中 ,注重了工程要素的合理配置 ,提高了工程引水防沙效果 .提出今后在渠首工程建设中应注意“三避、两控、一配”问题 .     

水利工程调水对江阴市水环境改善研究

为配合江阴市水资源综合规划,研究白屈港引水对江阴市东部水体环境改善效果,2005年9月23日,在江阴市进行原型模型实验。利用调水工程实测数据,分析计算了沿途布设的监测断面的过水量、分流率,并对调水前后的水质指标进行对比分析。结果表明:白屈港调水对江阴市东部河道有一定的改善效果,但是由于受多种因素影响,某些区域效果甚微。在此基础上提出了一些水系改造方案和水利工程建设措施,以期达到最佳的引水效果。最后指出截污治污工程与水利工程相结合是下一步研究的方向。     

大型引调水工程自动化系统设计综述

结合我国大型引调水工程建设情况。逐一描述了南水北调东线工程（江苏省段及山东省段）、南水北调中线工程及河北省南水北调配套工程的自动化系统设计情况．进而分析了各大型引调水工程自动化系统在管理机构设置、调度控制方式、系统结构及功能模块配置、通信传输网络结构等方面的不同,为全面提升河北省南水北调配套工程自动化系统设计提出借鉴经验,具有现实意义及应用价值。     

调水工程水力控制中面向对象可视化仿真的研究

针对南水北调中线实际情况进行了研究，将面向对象的可视化仿真技术应用在长距离调水工程。研究了变速泵控制前池水位的原理及数学模型，分析了泵站前池、水泵和压力管道的线性化数学模型。利用现代数字计算机技术，建立了调水系统中变速泵控制调节前池水位的动态可视化仿真模型，并通过实例证明该模型具有较高的实用价值。     

Simulation and Optimization of Multi-Reservoir Operation in Inter-Basin Water Transfer System

Inter-basin water transfer projects are usually considered as one of the most effective facilities to balance the non-uniform temporal and spatial distribution of water resources and water demands by diverting water from surplus to deficient area. However, the operation of these projects are always daunting, especially for projects with multi-donor reservoirs but only one recipient reservoir. In this study, a set of water transfer rule curves are firstly proposed to determine when, where and how much water should be diverted from each donor reservoir. In addition, a simulation-optimization model with the objective to minimize both water shortage risk and vulnerability is established to derive the optimal operation rule curves. Following that, the new transfer rules are applied to provide guidelines for the operation of a water transfer-supply project with two donor reservoirs in central China. The effects of water diversion on each reservoir are evaluated under different scenarios including no diversion, diversion from the donor reservoir with relatively sufficient water, diversion from the donor reservoir with relatively limited water, and diversion from both donor reservoirs. The results show the advantages of improving the performance of whole water diversion system and demonstrate the feasibility of the proposed approach.     

施工导流隧洞设计理论与安全运行技术进展

从当前水利水电工程中采用隧洞导流的有利条件出发,介绍导流隧洞设计理论新进展和提高导流隧洞工程效益及安全性技术进展,建议通过经济技术比较和导流模型试验来确定最优导流布置方案。     

调水工程闸门特性的动态系统辨识

本文研究了调水工程调节闸门（阀门）特性的动态系统辨识原理及方法。提出了闸门特性动态系统辨识的数学模型,通过数学变换将阀门非线性特性数学模型转换为线性模型,然后应用最小二乘法进行系统辨识,以便克服水力测量动态误差的影响。最后利用实测数据验证所提理论和方法的可行性和实用性。