长距离调水工程安全风险综合评估

以某跨流域、跨多省市的长距离调水工程为例,分析工程安全面临的各类风险事件,确定两座节制闸之间的运行调度渠段为风险评估单元,发展基于层次分析法的风险综合评估模型;以一梁式输水渡槽为例,阐释建筑物风险因子识别、风险事件分析和风险等级标准划分的方法,描述风险评估过程;以该渡槽所在的运行调度渠段为评估单元,采用层次分析法进行风险综合评估;在此基础上,对其余运行调度渠段进行风险综合评估,讨论造成较大风险的主要原因。结果表明:提出的方法辨识出了较大风险的运行调度渠段,造成运行调度渠段工程安全风险综合评估结果为较大风险的因素可归结为左岸水库溃坝或超调水工程防洪标准泄洪导致的风险、交叉河道过流能力不足风险以及左排下游通道排水不畅风险等,进而有针对性地提出了风险管控措施。研究结果可为类似长距离调水工程安全风险综合评估和管控提供参考。

南水北调中线冬季冰情变化特征及输水能力提升策略研究

南水北调中线工程冰期输水能力受限已成为制约工程安全运行和社会效益发挥的巨大障碍。认识和辨析通水以来中线干渠冬季水温冰情演变规律及影响机理,是中线干渠冬季输水能力提升亟需解决的关键问题。本文基于2011—2023年中线干渠连续12个冬季的气象、水力、冰情等原型观测资料,分析了中线干渠水温冰情时空分布本底和特征规律,明晰了影响中线干渠冰凌生消的关键因素,针对性提出了冬季输水能力提升的相关应对策略。分析表明:通水以来冰情发生的范围和时间相比理论预想偏小、偏短,冰凌影响区为七里河倒虹吸至北拒马河暗渠段,冰塞风险区为滹沱河倒虹吸至北拒马河暗渠段,多年平均冰厚15 cm,历史极端冰塞厚2.9 m,冰凌壅水最高值0.73 m;干渠冬季水温由南向北递减,依次出现岸冰、流冰和冰盖,日均气温转负后相应的断面平均测量水温在2.5、1.0和0.25℃左右,且沿程水温下降速率与流量和气温呈负相关,即增大输水流量可减缓水温下降速度;影响冰凌生消的关键因素是气温、流量、太阳辐射和风速,典型年如2016年的严重冰情与1月低累计负积温、大输水流量和短时寒潮叠加有关,漕河等渡槽失温快产冰量大与风速密切相关。基于上述分析,未来可考虑结合气象、水情、冰情实时监测和智能预警预报,建立水温-水量-水力协同调控和动态调度技术体系,重点从缩短冰期输水时长、降低冰情影响范围、优化关键控制指标和挖潜渠道防冰塞性能等多方面全面提升南水北调中线工程冬季输水能力。

旋流排沙渠道中旋转水流的排沙效果研究

旋流排沙渠道是基于旋转水流强挟带能力的特点提出的一种渠道水沙分离新技术,为了明晰其水沙特性,在试验研究的基础上,采用Realizable k-ε模型、VOF法及离散相模型,对旋流排沙渠道内的水沙两相流特性进行了数值模拟,通过与模型试验成果的对比确定了不同粒径泥沙的球度,研究了持续来沙条件下旋流排沙渠道的排沙效果,分析了渠道和排沙洞内泥沙的分布规律。结果表明:不同粒径泥沙的球度介于0.2~1.0之间时,在渠道顶部局部来沙条件下旋流排沙渠道对粒径为(0.075,3.000]mm泥沙的计算截沙率与试验值吻合良好,二者的相对误差仅为3.5%,误差主要来源于(0.075,0.160]mm的极细颗粒泥沙;当上游渠道水流进口来沙质量流量为60 g/s时,渠底高含沙水流由起旋室的分流,渠道含沙量迅速降低,起旋室前部和后部渠底水流含沙量分别为44.00 kg/m^(3)和0.07 kg/m^(3);排沙洞内的旋转水流对泥沙的挟带作用明显,在强离心作用下泥沙主要分布在排沙洞近壁面,最大泥沙含量约为200.00 kg/m^(3);在持续来沙条件下旋流排沙渠道对粒径为(0.075,3.000]mm泥沙的截沙率为95.98%,仅少量极细泥沙以悬移质形式进入下游渠道,渠道和排沙洞内无大量的泥沙淤积,表明旋流排沙渠道是一种可实现高效且连续排沙的水沙分离技术。本成果可为旋流排沙渠道在工程中的应用和水沙特性的研究提供有益参考。

体型参数对旋流排沙渠道水沙特性的影响

为明确关键体型参数对渠道和排沙洞内水沙特性的影响,在模型试验研究的基础上开展了旋流排沙渠道的水沙两相流数值模拟。结果表明:起旋室高度对截沙率影响较为显著,最大相差5.41%;排沙洞直径、倾角和起旋室出口宽度对分流比影响显著,最大相差8.13%,增大倾角后改善了原排沙洞封闭端因壁面条件影响而产生的泥沙淤积;起旋室出口宽度对渠道内水沙特性基本无影响;不同体型下旋流排沙渠道均可高效、持续排沙,截沙率均大于90%,经过起旋室后,高含沙水流从排沙洞流出,下游渠道含沙量急剧减小。

基于全气象参数的南水北调中线冬季水气热交换模型

针对南水北调中线干渠水体表面热交换精细模拟技术欠缺和多气象因素相互作用机理不明等关键问题,考虑太阳高度角、日照时间、云层遮挡和反照率等因素对太阳辐射的影响,并综合分析水体吸收、反射和发射的净长波辐射、涵盖水体蒸散发失热、水面温差引起的热传导和降雪引起的失热,建立了基于全气象参数的大型明渠水气热交换数学模型。结合南水北调中线全线通水后5年的冬季水温、气温、相对湿度、气压、风速、太阳辐射等原型观测资料,重点分析和模拟了典型年北拒马河、漕河渡槽和滹沱河倒虹吸等渠池的净热通量量值及其组分占比。结果表明,模型能够精细模拟不同渠池水体逐小时吸收的太阳辐射、释放的长波辐射、蒸发失热和水气热传导。模拟结果和观测资料均显示中线干渠冬季以失热为主,其中太阳辐射对净热通量的贡献最大,其次分别为长波辐射、蒸散发失热、温差引起的热传导,占比分别为43.1%、30.9%、17.2%和8.8%。本文量化了中线干渠冬季热通量组成,为进一步研究中线水温冰情精细模拟和输水能力提升提供了基础。

基于机器学习的寒区渠道冰情的遥感监测方法

寒区渠道冬季运行时常出现冰情,控制平封的封冻过程会大幅降低渠道输水能力,调控不当甚至可能产生冰塞、冰坝等灾害。国内外开展了大量渠道冰情研究,以期提升渠道冰期输水能力,但受限于观测资料的时空密度,数值模拟结果难以验证,调度决策缺少依据。遥感技术因其具有监测范围大、时效性高的特性,在渠道冰情监测中具有较大的应用潜力。为探索适用于寒区渠道冰情遥感监测的方法,该研究以南水北调中线京石段明渠段为研究区,基于Sentinel-2影像的11个波段反射率构建了完全特征、优选特征和组合特征3类特征空间数据集,作为支持向量机(support vector machine,SVM)、最大似然估计(maximum likelihood estimation,MLE)、随机森林(random forest,RF)分类算法输入,训练得到了9个地物分类器,用于渠道结冰范围识别,并采用北拒马闸前影像渠道结冰范围提取试验,对比不同分类算法和输入特征组合下的分类性能。结果表明:在渠道结冰范围识别中,近红外、可见光和短波红外是关键波段。在样本数量有限的条件下,SVM算法结冰范围识别精度最高,不同特征输入下制图精度(producer’s accuracy,PA)可达85.10%~87.91%,错分误差(commission error,CE)为10.84%~16.08%;RF算法在完全特征和优选特征输入下分类精度与SVM接近,PA为84.67%~86.61%,CE为13.76%~14.41%,但其在组合特征下分类结果严重偏离实际;MLE算法在3类特征下的分类精度均较低,不适宜作为渠道结冰范围识别算法。综合来看,SVM算法对特征空间敏感性较低,在不同的特征输入下均能实现渠道结冰范围的高精度提取;RF算法对特征空间敏感性较高,当输入特征发生变化时,结冰范围识别精度不稳定。最后以完全特征下的SVM算法为例,进行了分类器的时空泛化性验证,结果表明模型在不同时间、不同渠段下,制图精度不低于82.09%,错分误差不高于13.82%,分类模型精度均较好,能有效识别渠道结冰范围。该研究方法可为寒区输水工程冰情监测提供新思路,亦可为类似工作提供参考。

排水泄压逆止阀性能测试及其对衬砌渠道抗浮稳定性影响研究

渠道作为重要的输配水建筑物,在灌溉、航运、发电和供水等行业均发挥着重要作用。渠道设计基于水力学的合理坡降要求及受选线条件的制约,部分渠道需要穿过较高地形,为此渠道底板的高程低于自然地面,因大气降雨等原因地下水位时常高于渠道底板,地下水扬压力会对衬砌渠道底板造成顶托破坏,从而引起渠道渗漏。渠道渗漏为常见病害,解决该病害的措施有很多,但这些措施采用的设备普遍存在寿命短、运行维护不便等问题。针对该问题,团队研发了A、B两种型号的新型排水泄压逆止阀,并对其进行了排水止水和防淤堵性能测试,同时对安装和不安装逆止阀的衬砌渠道进行了抗浮稳定数值模拟,结果表明:A、B两种阀均可应用于实际工程,但对于防淤堵要求高的渠道,应选择过水面积更大的B型阀;在0.5 m、1.0 m、1.5 m、2.0 m的水头差下,装有逆止阀的渠道孔隙水压力比与无逆止阀渠道分别下降了92.2%、32.1%、27.7%和23.7%,说明该新型逆止阀对衬砌渠道排水泄压效果明显,可以对衬砌渠道起到有效的保护作用。

大型钢围堰结构对航道的影响及自身稳定性分析

为确保周围航道通行的安全以及桥梁施工安全,探究不同钢围堰结构对周围水流速度的影响以及钢围堰结构自身的稳定性。本文以椭圆度理论为基础,基于Fluent有限元软件,采用二阶迎风算法分析大型钢围堰结构对航道的影响以及钢围堰结构稳定性在水流中的影响。研究结果表明:相对椭圆度α=1的钢围堰对围堰周围水流的影响最小,对周围船只的航行影响最小;当α=0.33时,钢围堰既没有产生尾部卡门涡街也没有产生钢围堰两侧旋涡,对过往的船只以及桥体造成的影响最小;相对椭圆度α=0.33的钢围堰在受到最大压力的情况下,其围堰两侧所受到的拉力最小,相比其他3种类型的钢围堰稳定性最好。以上分析对维护航道通航安全有重要意义。

航道整治工程施工阶段碳排放计算方法

航道整治工程施工阶段尚缺少统一的碳排放计算方法,针对该阶段碳排放量化困难的问题,建立以碳排放因子法为基本原理的碳排放计算方法。通过文献查阅、工程调研和理论分析等手段,探讨能源、人工、船舶机械设备及运输服务的碳排放因子取值思路和计算方法。考虑施工阶段的特征将其划分为施工方案阶段与实施阶段,进而提出基于分项工程的单位工程量基准碳排放因子以及实际资源消耗的施工阶段碳排放计算方法。该方法有利于实现基于低碳理念的施工方案优选,并可用于施工过程或完建后的碳排放核算与评价。

EPC项目管理存在的问题分析及采取的应对措施

项目管理是施工企业管理的重要组成部分,其在管理施工企业过程中起到非常重要的作用。当前,实施EPC总承包模式已经成为大多数施工企业转型与创新发展的必由之路[1]。但目前常用的EPC总承包模式在实际运用过程中仍然存在不少问题。重点对EPC模式下施工企业在项目管理中存在的突出问题进行了分析并提出了应对措施。

大水位变幅下多级闸控河渠自适应控制方法研究

【目的】提高多级闸控河渠水位变幅较大时的河渠水位控制精度,减小河渠水位振荡,提升控制算法的收敛效率。【方法】利用河渠实时水位动态修正ID模型参数并调整闸坝启闭频率,提出自适应预测控制(APC)算法,对比分析6种工况下不同控制算法的精度与效率。【结果】与基于ID模型的线性二次型控制(LQR)算法与模型预测控制(MPC)算法相比,APC算法可分别缩短19%~32%和8%~40%的调控时长,可减少47%~97%和14%~93%的河渠水位累计波动,可减小24%~77%和5%~59%的河渠水位平均绝对偏差。【结论】APC算法提高了多级闸控河渠水位的控制精度和算法的收敛性,可在不同的河渠水位变幅下保持良好的控制性能,能够为多级闸控河渠的智慧水利建设提供技术支持。

线性输水工程断水工况临时应急输水方式

我国采用线性输水工程实施大型远距离引调水,以优化水资源时空配置。长距离输水工程所经路线地质条件及气象条件复杂,需经受地质灾害及洪水考验,本研究旨在探讨此类工程受异常外界因素影响导致输水中断,如何采用应急输水方式快速恢复输水功能,以保障受水地区生活用水正常供应。

暗渠抢险工程的质量安全管理

超大规模跨流域调水工程因其线路长、跨度大,受气候影响明显,特别是汛期局部地区的超标准洪水,对埋深较浅的暗渠安全威胁很大,极易造成工程损毁,甚至造成供水中断。调水工程抢险项目时间紧、任务重,必须进行科学合理的组织协调,并结合工程实际,制定高效可行的质量安全管控措施,才能实现抢险阶段质量可靠和安全可控,确保抢险工程如期完工并正常发挥经济社会效益。

宁波压赛堰考辨及价值研究——浙东运河宁波段关键工程研究之一

宁波压赛堰是大运河(宁波段)关键工程之一,节制内河(塘河)与外江(潮汐河)的水量调度。2013年3月,宁波“压赛堰遗址”作为大运河·姚江水利航运设施列入第七批国保单位。由于年代久远、水系变迁,遗址名称及位置变迁多有混淆。文章根据考古调查、现场走访,结合史料、碑刻记载,考辨并论证压赛堰及其附近水利工程、配套设施等位置、沿革、运行机制。研究指出:压赛堰位于浙江省宁波市江北区甬江街道压赛堰社区,倪家堰河(原西大河)与机场河(原穿心港)交汇处;自明代起,在其下游陆续兴建了虞家堰、虞家(五眼)、郭公(即国保单位大运河·姚江水利航运设施“压赛堰遗址”)。压赛堰和“压赛堰遗址”这2处遗址共同组成了集交通运输和农业灌溉等功能于一体的水利工程枢纽体系,建议一并纳入现有国保单位范畴予以统筹保护研究。

生态文明视野下鄱阳湖区水文化建设的路径

鄱阳湖区水文化是湖区生态文明的重要组成部分,主要包括渔文化、水利文化和水神信仰等,这一文化在历史上对湖区生态保护起到了积极作用。随着生产方式改变、科技发展以及教育普及,鄱阳湖区水文化发生了重大变化,与其他地区相比,鄱阳湖区水文化建设存在较大不足。应尝试进一步加大水文化遗产保护力度,重视加强湖区水文化宣传教育,建立水文化研究的专门队伍与平台,加强国际国内合作与交流等路径,解决当前湖区生态环境问题,实现湖区可持续发展,助力湖区生态文明建设。

“互联网+”水文化遗产保护模式研究——以杭州市滨江区重要水文化遗产调查为例

针对杭州市滨江区重要水文化遗产的实地调查,采用问询、查勘、测量、拍摄等方法,利用互联网技术将物质类水文化遗产和非物质类水文化遗产信息进行统计整理,核实记录遗产的地理位置和保存使用状况等信息。同时通过问卷形式,调研周边居民对滨江区水文化遗产的熟悉程度,对水文化宣传的意愿,以及对水文化建设的意见。进而针对调查过程中发现的一些现实问题,提出有实际运用价值的结论:建议加强群众宣传,利用河湖长制和世界水日等加强人们对河流、水资源的了解;利用基于“互联网+”的信息化与智能化平台等实现文化遗产的保护。

输水渠道衬砌修复组合式围堰设备研发关键技术

组合式围堰是保证南水北调中线总干渠输水渠道衬砌板破坏较为严重,下部基层、防渗体系受到破坏,或过水断面渠坡发生严重变形时,进行输水条件下干地修复的专用设备。文中阐述了设备研发的五项关键技术,保证专用设备的可靠性和适用性。

干旱和局部渗水对膨胀土渠堤稳定性影响研究

为探究膨胀土渠堤表面风干、地下水位升高和侧坡渗水等因素对其稳定性的影响,防控由此引发的现场灾害,开展了填方渠坡室内模型试验,研究了南水北调渠堤膨胀土含水量波动对渠坡变形和裂缝发育规律的影响,分析了边坡变形值、裂缝长度宽度与含水率、时间和渗水位置的关系,揭示了膨胀土含水量波动的致灾过程和时空发育规律。试验结果表明:(1)旱季坡面水分蒸发导致渠坡表层200 mm深度内首先产生垂直坡表面的“V”形簇状纵向裂缝,后逐渐水平发育,坡面最大沉降值为4 mm, 15 d后沉降趋于稳定;(2)雨季渠堤下部地基水位抬升使渠堤底部膨胀土发生显著膨胀,渠堤整体抬升3.32 mm;(3)在渠堤侧坡渗水中心点附近土体含水量上升8%以上,坝堤内自由水沿纵横向不均匀扩散而引起土体各向不均匀膨胀变形,并在右坡坡脚处产生长400 mm、宽14 mm的宽大裂缝;(4)基于膨胀系数的地基变形计算公式可以较好地预测渠坡浸水后各位置的变形量,有助于依据土体含水量判别各点的变形状态,为渠堤稳定性分析提供参考。

基于多数据源分析的隧洞围岩力学参数取值研究

针对缺乏现场岩石力学试验时的隧洞围岩力学参数取值问题,提出了基于多源数据分析的隧洞围岩力学取值方法。首先,提出用室内岩石力学试验成果推演岩体力学参数的使用原则,建立了岩石和岩体力学参数的初步联系;依据规范建议和现场试验统计,提出基于质量分级的岩体力学参数界限,并结合基于经验型准则的岩体力学参数估计值,形成了基于多源数据的围岩力学参数的建议取值范围;采用数值分析方法,对建议取值范围内的力学参数进行敏感性分析,获取了不同围岩力学参数取值方案条件下的塑性区深度和围岩变形的量化规律,并依据工程计算经验缩减了岩体力学参数范围;最后,进一步结合类似工程案例的现场力学试验成果,提出了围岩力学参数的取值方案。工程应用表明,该方法有效解决了缺乏现场岩体力学试验条件下的隧洞围岩力学取值问题,可为具有类似情形的隧洞支护设计和围岩稳定评价提供参考。

东引汶灌区渠系建筑物病害老化分析及策略研究

灌区工程长期运行后,其内部渠系建筑物退化、老化,灌溉水有效利用系数下降,工程效益得不到充分发挥,下游灌区农作物大面积减产,严重影响灌区经济的发展。本文以山东省宁阳县东引汶灌区工程为例,深入分析了灌区渠系建筑物病害、老化问题,并结合当地实际条件,从灌区水利工程维护、灌区信息化建设、灌区管理模式等方面给出相关发展策略,以期改善和提高灌区渠系建筑物的耐久性,为其他灌区工程正常发挥作用提供借鉴与参考。