南水北调中线总干渠冰盖糙率观测分析

冰盖糙率是确定渠道冰期输水水位和流量关系的基础参数,一直是明渠冰工程研究的重点之一。鉴于当前大型混凝土渠道冰盖糙率研究成果相当匮乏,以南水北调中线总干渠石家庄以北唯一无输水建筑物的唐河节制闸—放水河节制闸渠段为研究区域,依据全线通水以来唯一生成全渠段封冻冰盖的2016年1—2月逐日水位和流量实测数据,采用伯努利能量方程和谢才-曼宁公式推求渠道糙率,定性定量分析封冻前后渠道糙率变化特征。结果表明:①研究渠段畅流期渠道糙率n b为0.0167,封冻期冰盖综合糙率n c为0.0146,冰盖下表面糙率n i为0.0118。②由于水力磨蚀作用,封冻期冰盖糙率随时间呈波动减小的趋势。③渠道一旦生成封冻冰盖,输水能力大幅降低,仅占渠道设计流量的66.7%。该研究给出了大型混凝土渠道封冻冰盖糙率和输水能力降低的确切数值,以期为冰期输水调度和类似工程设计提供科学依据。

南水北调中线沉藻池布置方案优化

南水北调中线总干渠联通工程处拟新建沉藻池,实现总干渠藻类等混合物集中沉降和处理。通过现场试验研究总干渠水体藻类等混合物沉降特性,并采用二维水动力数值仿真分析沉藻池在设计工况条件下的水流特性,提出导流墩的优化布置思路。结果表明:在水深基本一致条件下,随着断面平均流速的增加,有效沉降距离增加,有效沉降率有所降低;在沉藻池初始设计方案下,藻类等混合物可在沉藻池内进行沉降,但沉藻池利用效率不足;布置纵向导流墩后,可有效改善沉藻池内水流平顺性和水体交换能力;在设计工况下,沉藻池内回流区水域面积占比从57%降低至7%,池内水流平均流速从约0.10 m/s降低至约0.07 m/s,平均水龄从约18 h降低至约6 h。研究成果可为中线沉藻池工程布置提供基本技术支撑。

输水渠系着生藻类多目标水力优化调控研究

输水渠系正面临着生藻类肆虐的危害,亟需通过水力调控方法剥离边壁的着生藻类,然而大范围的着生藻类脱落将进一步造成渠道水质破坏。为了探究同时满足除藻和水质管理双重目标的最优水力调控模式,研究基于着生藻类水力调控模型,以南方某灌区四干渠为仿真实例,运用正交试验和极差分析方法设计不同类型的水力调控方案,对比分析水力调控对边壁着生藻类生物量的剥离效果以及对渠道水质的干扰。研究结果表明,在着生藻类爆发后期用高冲刷流量持续冲刷中等时长的调控模式可极大程度地兼顾藻类调控与水质管理两大需求。实际运用中应结合渠道的着生藻类爆发时段以及流量调度能力,在区间内选择适宜的水力调控组合。

玉马灌区水源援建工程渠道结构稳定性分析

玉马灌区现有耕地面积0.53万hm^(2),其中烟田面积0.19万hm^(2),灌区内灌溉水源主要依靠玉马水库。文章根据灌区干渠设计流量、加大流量情况以及拟建场地在勘探深度范围内的地层岩性特征,在钻孔内进行了超重型动力触探(N_(120))和注水试验,根据室内试验资料显示,灌区土样的湿陷系数<0.015,该场地属非湿陷性黄土场地。场地岩土体自由膨胀率均<40%,可不考虑岩土膨胀性对工程的影响。在满足渠坡、渠基自身稳定的条件下,根据地形、工程地质、水文地质、结构形式和填筑材料等特性,对渠道衬砌结构的稳定性进行分段验算,选择典型断面进行了荷载计算,并对闸门及启闭机结构进行了设计分析。

引大入秦景泰段输水工程渠系建筑物选择及其水力计算

结合引大入秦延伸增效景泰段输水工程的建筑物选择,在不同工况条件下,进行渠道及渠系建筑物的水力计算,特别是系统有富裕水头时,将富裕水头按流量增加合理分配,可使倒虹吸工程在多种工况下均能平稳高效运行,为类似工程提供计算思路。

U形渠道平板闸门过流能力试验研究

【目的】实现U形渠道闸门测流,设计U形渠道平板闸门并进行试验研究,分析其水力性能,建立流量公式。【方法】流量范围10~50 L/s内,控制闸门开度e,进行U形渠道平板闸门过流能力试验,根据沿程水深、佛汝德数Fr、水头损失等水力参数分析了U形平板闸门孔流与堰流分界点的判定依据及过流能力,建立了不同流态的闸孔出流公式。【结果】U形平板闸门孔堰流判定依据相对开度e/H(H为闸前稳定水头)接近1,Fr沿程分布规律较统一,平均相对水头损失达7%,流量公式误差小于3.5%,不易出现自由出流。【结论】U形平板闸门水头损失较小,水力性能较优,流量公式的测流精度较高,可为灌区U形渠道流量测量提供依据。

不同坡度三种渠道下巴歇尔槽泥沙试验研究及数值模拟

为探究泥沙对不同渠道及坡度下巴歇尔槽的影响性。通过数值模拟与试验相结合的方法,在不同坡度下的3种渠道上游分别铺设天然河沙,设置不同的来流量,分析不同方案下巴歇尔槽的泥沙分布、各断面沿程流速分布、测流误差、挟沙能力等的变化情况。同时利用fluent软件进行数值模拟,对物理实验进行验证。研究结果表明:欧拉模型进行的水沙模拟与试验结果一致,贴合实际,最大误差不超过4.23%。巴歇尔槽试验中所有工况最大测流误差为U形渠道0.8%坡度下的15.08%。最小测流误差为梯形渠道0.1%坡度下的2.13%。来沙情况下梯形渠道的巴歇尔槽具有最高的测流精度,其泥沙分布集中在巴歇尔槽上游连接段及渠道底部两侧,槽身泥沙较少,对水流影响较小。0.1%坡度~0.4%坡度下的巴歇尔槽能够较好满足测流精度,0.4%~0.8%坡度的巴歇尔槽测流误差较大。同时在巴歇尔槽最大测量水位的34.44%~53.33%时,巴歇尔槽的测流误差下降较快;而超过53.33%后,测流误差下降较慢,最后曲线趋于平稳,测流相对稳定,误差较小。当巴歇尔槽的水位小于最大测量水位的15.49%时,测流误差相对较大。在大流量的情况下,巴歇尔槽大部分部位的挟沙力均大于渠道平均含沙量,说明巴歇尔槽在大流量情况下,不存在淤积现象。其中巴歇尔槽在大流量情况下,扩散段具有最大挟沙力,而在小流量下,喉道段具有最大挟沙力。

基于FLUENT刚性植被直径对明渠水流特性的影响

为探究岸滩及河底植被在不同时间段对水流特性的影响,在只改变植被直径变化(6~10 mm)的条件下采用数值模拟的方法研究了不同植被直径下的水流纵向流速的垂向分布、速度等值线分布、沿程水位分布及沿程紊流强度变化情况。结果表明,垂向流速分布在植被区内呈现“S”分布,在植被区外大致呈现“J”分布;且从总体上来看直径越大,水流整体速度越小,水位上游壅高越明显,水面坡比也越大;紊动强度与植被直径呈正比关系,且植被直径相同时水流过植被时的紊动强度大于植被通道处的紊动强度。

基于改进多目标蚁群算法的辽阳灌区渠系优化配水研究

为提高灌区渠系配水的科学性,采用改进的多目标蚁群算法,以辽阳大型灌区为例,对其灌区渠系配水量进行优化计算。结果表明:相比于改进前,改进后模型收敛度得到明显改善,使得辽阳灌区配水率平均提高13.6%,平均配水量增加8.75万m^(3)。研究成果对于大型灌区渠系优化配水方法具有重要参考意义。

闸后水跃水流的数值模拟

本文采用Ｋε紊流模式和体积率（ＶＯＦ）跟踪自由水面的方法，模拟了闸后水跃的水流结构，并与试验进行了比较，计算结果与试验资料基本吻合．通过体积率函数更新流场空间点的密度分布，描述、显示了水跃区的掺气现象和水面波动状态．

大中型灌区干渠输配水渗漏损失经验公式探讨

中国广泛使用考斯加可夫经验公式来估算渠道输水渗漏损失 ,在渠道实际运行中 ,存在一些缺陷。为此 ,根据Davis -Wilson公式 ,并考虑使用的习惯性和方便性 ,建立了渠段输配水损失与渠道断面尺寸、水力条件、土壤类型、地下水埋深等因素相关的经验公式 ,同时将渠道衬砌等其他所有因素一并考虑在渗漏折减系数中 。

簸箕形进水流道的优化水力设计

介绍了在荷兰有广泛应用、在我国刚开始得到应用的泵站簸箕形进水流道，采用紊流模型数值计算的方法，对这种形式的流道进行了优化水力计算．刘老涧泵站水泵装置模型对比试验的结果表明，经过优化的簸箕形流道的水力性能，得到了显著的改善．

马蹄形过水断面正常水深的迭代计算

马蹄形过水断面因几何图形复杂 ,水力计算困难 ,为此 ,通过数学推导 ,给出了标准Ⅰ、Ⅱ型马蹄形过水断面水力要素计算公式和正常水深迭代公式 ,并提出判别水深范围的分界流量 ,便于生产实际中应用。

南水北调中线工程倒虹吸管道水力学试验研究

通过对南水北调中线工程总干渠西赵河倒虹吸的水工模型试验研究,对此类大型渠道倒虹吸的水力特性有了充分的认识,并给出了两类大型倒虹吸管各段的阻力损失分布及沿程阻力系数和局部阻力系数。通过水头损失计算值与实测值的比较,两者十分接近。为此类大型倒虹吸特别是南水北调中线工程中倒虹吸的设计和运行管理提供了依据。

大型倒虹吸管充水过程的数学模型与计算

基于准恒定准静态的假设,推导了大型多段倒虹吸管充水过程的微分方程模型.通过数值计算获得了充水时管内上下游水位变化规律,满管段流量及流速的大小.对明流段的计算得到了水面线、流速及净空等水力学要素.计算结果可为大型倒虹吸管充水过程的安全评估提供科学依据.

平底抛物线形无喉段量水槽试验研究

本文通过三种文丘利槽的初步研究，推荐其中适合曲线形渠道测流的平底抛物线形无喉段量水槽，与传统文丘利槽相比，它具有显著优点：（１）过流能力强，低水位测流精度高；（２）方便泥沙及漂浮物通过；（３）结构简单，呈良好流线形，工程量小；（４）具有较高的临界淹没度（Ｓ＞０．８５）和可变的喉口断面收缩比（ε＝０．２－０．７）．文中考虑喉口控制断面动水压力分布特征并根据喉口面积收缩比的概念，推导出槽前水深与流量计算公式：通过在Ｕ型渠道上的室内外试验和计算机仿真，给出了流量系数的变化规律、测流精度（误差小于±３．５％）、临界淹没界限及壅水特性．

底坡对人工渠道糙率影响的试验

为探究不同底坡对渠道糙率的影响,采用9种不同底坡的人工渠道,在6种不同的流量条件下研究糙率随底坡和流量变化的规律。试验结果表明:在明渠均匀流条件下,随着底坡的变化,渠道糙率存在3种不同的变化规律。当Fr<1时,随着流量的增大,糙率逐渐减小;当1<Fr<1.51时,随着流量的增大,糙率先减小后增大;当Fr>1.51时,随着流量的增大糙率逐渐增大。当流量相同时,随着底坡的增大,糙率逐渐增大。在缓流渠道中,渠道糙率随底坡变化的速率很快;在急流渠道中,渠道糙率随底坡变化的速率较慢,糙率趋于某一常数。

渠道分水扰动可预知算法设计与仿真

维持控制点水位稳定是保证输水渠道安全有效运行的前提。以控制点水位偏差为主要抑制因子,基于线性二次型(LQR)指标,构建了渠道系统水位偏差、偏差变率和流量控制的全状态空间模型,将加入预测模块的线性二次型算法在渠道系统的全状态空间中进行分析和综合,提出了扰动可预知模型的构造方法。通过脉冲响应测试来加深对算法结构的理解,使用南水北调中线电子渠道平台对算法有效性进行验证,验证结果表明,该算法在渠道运行工况改变后,仍能够维持渠道的稳定运行,算法设计极具潜在的应用价值。

斜槛在急流弯道控制超高的设计研究

本文对急流弯道上的斜槛设计进行了研究。首先阐述了弯道上斜槛控制超高的原理,并根据此原理给出了斜槛的设计公式,提出斜槛的的设计方法。工程实例表明,本文给出的方法是合理的。同时对斜槛的高度、长度、形状、斜槛的间距、斜槛与水流方向的夹角等影响设计因素进行了探讨,这有利于斜槛在实际工程中的运用。

明渠—结合池—暗管输水系统水力瞬变过程计算

分析了用Priessmann方法计算明渠—结合池—暗管结构的过渡过程的特点,给出了用明渠特征线方法算有压流的基本方程和建模过程。详细地分析了明渠—结合池—暗管结构在过渡过程计算中的边界条件。在编制程序对某具体的工程进行计算之后,指出了Priessmann法应用于明渠—结合池—暗管结构水力瞬变计算所应注意的问题,并对这些问题提出了相应的处理方法。