调水工程系统的水力控制仿真及参数的优化

本文将现代控制理论与数字仿真技术相结合，建立了包括管道、泵站及前池等明渠输水系统的水力控制状态模型，并运用神经网络理论对参数进行优化。在数字仿真平台上对所建立的调水工程全系统进行了动态仿真模拟，通过对实例的优化仿真模拟证明：该仿真模型对调水系统具有良好的调节和控制性能，实现了输水系统水力控制过程动态仿真的可视化；神经网络理论的应用也使系统参数得到优化。     

设置保水堰管涵输水系统的水力瞬变数值仿真

为研究大型调水工程的水力瞬变过程,采用明渠非恒定流方程及Preissiman方法模拟无压管涵非恒定流、有压管涵水击和明满交替流,提出了设置保水堰的长距离管涵输水系统的水力学仿真模型。所建立的数值模型可模拟包括管涵明满交替和保水堰跌水等复杂的水流现象。数值仿真结果表明,在检修闸门和下游管涵之间设置保水堰,可以调节输水管道内的压力,避免紧急启闭时发生液柱分离以及检修闸门突然关闭时因明满流交替而产生强烈的冲击水压。     

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。     

长距离输水水力控制的研究进展与前沿科学问题

长距离输水的水力控制是一门新兴的跨学科理论,主要涉及到管道水击、明渠非恒定流、渠冰工程、管道泄漏的检测、水力学参数的不确定度和系统辨识、计算机仿真技术等相关学科。本文概述了水力控制相关学科的研究进展及存在的主要问题,然后,从实用的观点出发,提出一些值得解决的前沿科学问题。     

水击泄放阀在青山水库长距离输水工程中的设计与应用浅析

水击泄放阀,是一种隔膜式水力操作阀门,可实现自动启闭,以防止输水系统事故停泵发生水锤时管道内超压造成的系统破坏,进而保持输水系统的安全.文章结合葫芦岛市青山水库输水工程,对水击泄放阀在长距离输水管道系统中,消除管道水锤、保护管道系统安全等方面的工程应用进行了方案选择及应用分析,结果表明:该工程已安全运行5年,系统运行状况良好,其结果可供类似长距离输水工程设计参考.     

南水北调北京段输水系统水力瞬变的控制

根据北京段输水系统工程布置的特点,研究了事故断电条件下水力瞬变引起的液柱分离现象及其防止措施,提出了求解空气阀瞬变过程的新模型.研究表明,可以沿线布置空气阀和单向调压井防止瞬变液柱分离破坏.对沿管线间隔500 m～1 000 m布置空气阀的水力瞬变计算研究发现,过大或者过小的空气阀孔径都是不利的,存在一个抑制液柱分离冲击压力或者高度真空的最优的空气阀孔径.对采用单向调压井防止液柱分离的研究表明,沿线需要布置5座,并提出了合理的设置位置和经济参数.     

南水北调北京段输水系统水力瞬变的控制

根据北京段输水系统工程布置的特点，研究了事故断电条件下水力瞬变引起的液柱分离现象及其防止措施。提出了求解空气阀瞬变过程的新模型。计算研究表明，可以采用沿线布置空气阀和单向调压井防止瞬变液柱分离破坏。通过对沿管线间隔500-1000m布置空气阀的水力瞬变计算研究发现，过大或者过小的空气阀孔径都是不利的，存在一个抑制液柱分离冲击压力或者高度真空的最优的空气阀孔径。对采用单向调压井防止液柱分离的研究表明，南水北调北京段沿线需要布置5座，并提出了合理的设置位置和经济参数。     

空气阀在长距离输水系统中的水锤防止作用

空气阀在长输水管道中起着重要的防护水锤作用,可以有效地控制输水系统中产生的负压.对空气阀进、排气过程的准确模拟,直接关系到整个供水工程的安全.分析了空气阀的工作机理,并针对长距离、多支路、密闭式输水系统建立了空气阀的数学模型.同时,结合工程实际,利用特征线方法,对阀门关闭和事故停泵过渡过程中空气阀的防止作用进行了计算分析.结果发现,合理布置空气阀,可以有效地抑制输水系统中液柱分离现象的发生,保证输水系统安全.     

控制输水管道瞬态液柱分离的空气阀调压室

提出了用于控制输水管道瞬态液柱分离的新型空气阀调压室,即在输水线路上设置一个短管,短管顶部密封,然后在它顶部设置空气阀。在正常输水时,空气阀关闭,调压室（短管）充满水体,没有气体。当调压室顶部水压下降到大气压以下时,空气阀进气,在调压室中形成气囊,防止输水管道发生液体汽化现象,或者出现超过管道承受能力的高度真空压力。当调压室底部水压超过大气压时,调压室中气体压缩,气体由空气阀缓慢排出,避免发生较大冲击水压。     

控制输水管道瞬态液柱分离的空气阀调压室

本文提出了控制输水管道瞬态液柱分离的新型空气阀调压室，就是在输水线路上设置短管形成局部凸起点，短管顶部密封，然后在它顶部设置空气阀。在正常输水时，空气阀关闭，调压室（短管）充满水体，没有气体。当调压室顶部水压下降到大气压以下时，空气阀进气，在调压室中形成气囊，防止输水管道发生液体汽化现象，或者超过管道承受能力的高度真空压力。当调压室底部水压超过大气压时，调压室中气体压缩，气体由空气阀缓慢排出，避免发生较大冲击水压。     

南水北调中线工程水力控制实时数字三维视景仿真

描述了开展南水北调中线工程水力控制计算机实时数字三维视景仿真的意义和目的，提出了调水工程水力控制仿真系统的体系结构及其内涵，介绍了研究采用的计算机数字三维仿真平台，以及仿真系统的功能。     

黑河流域虚拟仿真系统建设

结合黑河流域的特点,以数字高程模型和二维GIS数据为基础,利用VRMAP三维开发平台,采用三层架构体系,在黑河水量调度管理信息系统中构建了黑河流域虚拟仿真系统.系统采用GIS图层控制方式管理场景内容,以灌区和干渠为表现重点,在全流域范围内进行了水量调度中最重要的实时河道水量演进模拟,进一步促进了虚拟现实技术在水利工程中的应用,丰富了"数字黑河"的内容.     

PC机实时水位、流速检测系统

本文针对三工模型试验中水位和流速测量需要，开发研制了一套基于PC微机的水位和流速检测系统。该系统配套八路跟踪式编码水位仪、六路光电式和六中睡电阻式旋浆流速传感器，经试用表明该检测系统具有很好的适用性和抗干扰能力，并且用户界面友好，是一种具有推广价值的三工模型试验中必备仪器。     

计算机远程I/O控制技术在大型水工模型试验中应用研究

分析了现行水工模型试验计算机测控系统的不足，介绍了计算机远程I／O控制的原理和技术特点，并提出了应用计算机远程I／O控制技术，将现行测控系统的模拟通信改为数字通信，构建基于RS-485工业控制网络的远程分布式大型水工模型试验测控系统。     

澳大利亚水资源优化调度及监控管理技术

澳大利亚采取分阶段实施、逐步完善的方法实现水资源（供水和防洪）的优化调度及监控管理，采取的主要技术有：计算机技术和GIS建立数据库管理系统；通过水文模拟和水力模拟建立供水需求模型和防洪预警系统；在与资产及财务等系统相联系后，采用鲁棒技术使系统更加优化；与自动控制设备相结合实现全系统的自动监控；具有人机友好的开放式管理系统；便于系统的更新和升级、易于与其他网络之间的资源共享。     

计算河段最小生态需水的生态水力学法

水文学法与水力学法对河道生态需水量采用的方法都比较宏观，没有仔细考虑水生生物水力生境需求。本文提出了计算河道最小生态基流量的生态水力学法，该法是通过目标水生生物适宜的水力生境确定河段最小生态需水量，文章对河道水力模拟，水生物生境描述等理论进行了研究，同时结合目标水生生物对水力生境的需求，重点研究水深、流速、湿周、水面宽、过水断面的面积、水面面积、水温等水力生境参数；急流、缓流、浅滩及深潭等水力形态的指标表现形式。本文提出的生态水力学法具有直观、定量的特点，为河道确定生态基流量提供了一套较具体、可行的方法。     

多源大型水管网的优化调度

针对多水源的大型供水管网，运用两级递阶优化原理，建立了反映管网各种水力参数的数值仿真模型，运用该数值模型可达如下目的：对不同水源的供水量进行优化配置，并且对某一水源地泵站内水泵的运行进行优化调度，合理利用能源，以取得良好的经济效益和社会效益；通过计算对比，改变旧有管网的管路参数或增删管网内局部支路，为改扩建旧有管网提供科学合理的技术方案。最后以北京地区某大型石化集团的供水系统为实例，给出了计算结果。     

特低扬程泵站水力性能研究

采用数值计算和物理模型试验方法研究特低扬程泵站的水力性能,并以苏州市东风新平面S形轴伸泵为例,对其内、外特性,包括装置的水力性能、流道沿程典型断面流速分布、空化特性及进出水流道的水头损失进行分析研究。通过对数值模拟计算及物理模型试验成果的逐项对比,证明数值模拟方法在特低扬程泵装置性能研究中具有良好的应用价值,特别是在高效率附近区域,数值模拟计算成果具有良好的精度。对断面流速分布和流道水力损失等内特性的进一步分析,揭示了不同工况下泵站性能差异的原因,为进一步优化流道型线提供了依据。