乌江通天槽滩段航道整治工程方案优化

通天槽滩险治理是乌江航道整治的关键性工程。乌江白马枢纽建成后可提高航道的通航能力,但水位升高会导致现有的部分江心洲、浅滩变成暗礁碍航。针对通天槽滩段航道局部水流急、流态差、扫弯水严重等问题,采用河工模型试验对设计整治方案的通航水流条件开展研究。结果显示设计整治方案虽改善了通航水流条件,使得通天槽滩段航道在白马枢纽建成后基本满足尺度要求,但其挖槽设计未遵循河势,使得航道走向与中水期水流动力轴线交角较大,不利于退水冲刷及航槽稳定。针对设计整治方案的不足,考虑工程投资及施工难易程度,提出了更适合本次航道整治工程的优化建议措施。研究结果可为类似航道整治工程提供科学依据和技术支撑。

典型控流调压阀后突扩体的压力特性

为了研究突扩体对控流调压阀门的增压减振作用,以典型控流调压阀门(活塞式调流阀和固定式锥形阀)为研究对象,采用物模试验和三维数值模拟相结合的研究方法,重点对2类阀门在不同突扩体型、阀门开度及空化强度下的阀后流态及管壁压力特性进行了观测分析,探究突扩比与阀后稳定压力的定量关系,试验阀门通径为150 mm,阀门直径为150~370 mm,突扩体长度为1000 mm.结果表明,突扩体能提升阀后管壁时均压力、减弱压力脉动的基本原理是水垫层效应.综合物模与数模试验结果,拟合得到了突扩比与阀后管壁稳定时均压力的关系式.突扩体可以提升阀门的工作背压,提升程度随突扩比的增大而渐缓.当突扩比为4.00时,阀后管壁稳定时均压力的增幅已非常平缓,趋于稳定.不同阀型试验结果差异小,说明突扩体的增压减振作用具有普适性.研究结果可供输水调压工程阀门段管道系统设计参考借鉴.

笏洲船闸输水系统水力学模型试验研究

笏洲船闸平面尺寸大、瞬时流量大、输水强度高,闸室内无消能工,闸室停泊条件有待检验,引航道采用非对称布置,易形成回流、斜流等水力学问题。通过比尺1:30的整体水工物理模型试验,对船闸输水过程水力特性、输水廊道压力特性、船舶停泊条件、进出水口及引航道水流条件等展开研究。结果表明,在闸室及出水口增设消力槛并优化其布置形式后,闸室内停泊条件和下游引航道通航水流条件明显改善。在推荐的阀门运行方式下,各项水力指标均满足规范及设计要求。研究成果可为类似工程提供参考。

闸墙长廊道侧支孔船闸阀门运行方式优化试验研究

船闸阀门开启时间对闸室通航效率、输水廊道压力和闸室停泊条件等产生影响,针对阀门运行方式优化问题,采用物理模型试验对船闸进水口水位、阀门段输水廊道压力特性、闸室和下引航道内船舶系缆力等水力特性进行分析,结果表明:闸室和下引航道内前横、后横和纵向3个方向的船舶系缆力均随阀门开启时间增大而减小,且纵向船舶系缆力大于横向船舶系缆力。随着阀门开启时间增加,充水时阀门段输水廊道压力先减小后增大,泄水时则逐渐增大。综合考虑当阀门开启时间为6 min时船闸整体运行效果较好,该成果可为实际船闸运行提供技术支撑。

向家坝水电站切机非恒定流对下游通航的影响

为分析电站机组突发甩负荷切机运行时,非恒定流对下游通航的影响,以向家坝水电站为研究对象,建立1:100正态物理模型,模拟向家坝水电站机组切机工况,分析8台机组不同切机数量下非恒定流引起的下游河段水位、流速的变化特性,并结合自航船模试验,研究对船舶安全航行的影响。结果表明:电站机组分别切机1~8台时,在采取快速补水情况下,下游水位最大时变幅0.89 m∕h,未超过电站运行调度规程允许值。非恒定流引起的水位变化主要位于桐梓林以上河段,流速变化主要位于和尚岩以上河段,水流条件满足船舶航行要求。研究成果可为电站调度运行、下游航道维护及船舶航行提供技术支持。

平陆运河牛江河下底河入汇方案研究

支流与干流的交汇区水流流态复杂,而人工开挖运河存在交角大、汇入流量大的特点,对航道通航影响显著,需对支流口实施河道治理工程。针对平陆运河中牛江河、下底河支流汇入运河后入汇河段的干流通航问题,进行入汇河段水流运动特性的研究。基于RNG k-ε紊流模型,采用三维数值模拟方法模拟不同设计工况下支流入汇情况,结果表明原设计方案不满足通航条件。因此,在设计方案基础上提出调整入汇方向、扩大入汇断面的优化措施,显著改善了通航水流条件,达到规范要求。研究成果可为类似工程提供借鉴。

木京船闸输水系统进水口优化布置数值研究

船闸灌泄水时会引起闸室内水流流态不稳定,极端情况下还会扰乱自由液面流场,严重威胁船舶的停泊安全、影响船闸通航效率。受多因素影响,木京船闸目前正面临进出口水流条件恶化、闸室内往复流影响、引航道通航水流条件超标、船舶航行条件差等多重技术难题。采用RNG k-ε紊流模型对船闸输水系统进水口布置进行三维模拟,研究其水力特性、局部水流条件等,基于木京船闸输水系统进水口设计方案,详细分析讨论船闸在运行过程中的水力学关键技术问题,提出优化建议措施。结果表明:喉口宽度和布置顺序显著影响进水口水流流态,通过改变喉口宽度与间距可有效改善进水条件、稳定水流流态,改善进流不均的问题。

基于特征参数的长历时降雨雨型研究

近年来极端降雨频发,从而引发城市内涝、山洪、泥石流等灾害。由于长历时降雨往往伴随着较大的降雨量,其致灾能力不可忽视。降雨雨型对降雨导致的灾害影响较大,开展长历时降雨雨型研究对防灾减灾工作具有重要意义。以四川省苍溪县降雨为例,依据苍溪站2013~2022年逐时降雨资料,采用综合雨峰位置系数和集中趋势度将33场长历时降雨划分为七种不同雨型,并确定了各典型雨型的时程分配。结果表明,该地区长历时降雨主要以峰值偏前或居中的集中型降雨为主,分散型及均匀型降雨发生的概率较小。不同雨型的雨量分配在降雨前期即存在明显差别,因此可结合气象数据,在整场降雨的中前期对雨型进行预测,为相关防护工作提供依据。

船闸输水系统研究及闸室消能工优化的三维数值模拟

针对木京34 m宽船闸原方案下闸室泊稳条件较差的问题,采用数值模拟的方法,进行船闸输水系统灌水的数学模型试验,研究闸室不同消能工布置形式下的水流条件和停泊条件,揭示此类输水系统闸室输水特性。结果表明,在整个输水过程内,相较于采用1道消力槛消能工形式布置的原方案,采用“明沟+消力槛”的优化方案能够使闸室内水流流速更缓、水体表面紊动强度更弱、水面最大纵比降也更小,闸室泊稳条件得以改善。

长洲五线船闸下引航道通航水流条件试验研究

近年随着长洲枢纽货运量持续高速增长,现有4线船闸已不能满足日益增长的货运量过闸要求,需修建五线船闸来满足货运量发展需求。采用整体水工模型试验的方法,研究长洲五线船闸下引航道口门区的通航水流条件,并提出下引航道通航条件的改善措施。结果表明,受长洲五线船闸下引航道口门区河床地形不衔接、外江下泄水流斜冲和下游弯道凸嘴顶托等问题,口门区存在较大横流和回流等不良流态,通航条件较差。通过采取调整口门区下游衔接段河底高程、削除下游弯道凸嘴、疏浚扩挖外江河道左岸边滩等措施,可有效改善五线船闸下引航道口门区通航水流条件,调顺船舶进出闸航线,使之满足船舶安全航行要求。

基于卫星遥感影像的植被修复情况监测与量化分析

基于2017—2021年的哨兵2号卫星数据,利用归一化植被指数(NDVI),通过像元二分模型反演出植被覆盖度,并采用回归趋势分析法、图像差值比较法及变异系数分析法综合分析了植被覆盖度的时空变化特征。估算出南通市五山区域滨江片区的植被覆盖度,同时与当地实际情况进行对比分析。结果表明,修复后该区域的NDVI值逐年上升,植被覆盖度有明显提升,与同物种的植被覆盖度年波动范围高度吻合,植被覆盖度变化与实际情况相符,可认为该片区目前的修复工作是成功的。表明遥感影像适用于岸线植被修复前后的监测及年内变化检测,且研究成果可为城市生态环境评价提供依据。

内河船舶洗舱作业风险分析与安全管理

船舶洗舱是一个具有较高风险的过程,可能发生爆炸、环境污染和人身伤亡事故。针对内河船舶洗舱方法和作业流程,分析内河船舶洗舱作业过程中的风险因素,提出相应的安全管理措施。从而降低洗舱风险,避免发生洗舱事故,保障船舶、设备、人员和环境安全。

船闸顶扩廊道阀门段水力特性模拟研究

通过建立船闸整体输水系统三维数学模型,采用动网格技术及用户自定义函数(UDF)实现平面输水阀门匀速开启过程,分析顶扩廊道阀门段水流流态、流速及压力的动态变化规律。将数值计算的闸室水位、流量和廊道特征点压力与物理模型实测结果进行比较,二者吻合较好,说明了该数值模拟方法的可行性。数值模拟结果表明:阀门开启过程中,在阀门后形成大范围的逆时针漩涡,流速、紊动能及紊动耗散率随阀门开启先增大后减小,压力先减小后增大;当输水廊道阀门开启时间为4 min时,最小压力出现在阀门开度0.4时廊道的顶部;在该廊道体型及水力条件下,当阀门开启时间为5 min时,廊道后的时均压力最小。

基于透空隔流堤布置的上游引航道通航水流条件优化

针对布置于急弯下游的水利枢纽上游引航道停泊段通航水流条件十分复杂的情况,依托某水利枢纽工程开展通航水力学模型试验,探究上游引航道停泊段外接隔流堤的作用,对比分析了不同透空隔流堤长度下停泊段的流场分布。结果表明,上游引航道停泊段外接透空隔流堤,可有效减小停泊段与河道主流间的流速梯度,改善停泊段通航水流条件。随着透空隔流堤长度的增大,停泊段最大纵向及横向流速呈减小趋势;同时,应综合考虑水流条件、工程造价等因素,合理设置隔流堤长度。

汛期调度运行方式对径流式水电站防沙排沙条件的影响——以桐子林水电站为例

坝前防沙条件、排沙效率是影响径流式水电站使用寿命及厂房发电安全的重要因素。为研究径流式水电站在汛期采取不同调度运行方式对电站汛期排沙、防沙效果的影响,通过非工程措施改善坝前排沙、防沙条件,采用FLOW-3D数值模拟软件建立三维水沙数值模型,模拟了桐子林水电站在不同坝前来流情况下,采取不同的调度运行方案时,电站取水前池的流速、流态和泥沙输移情况。结果表明:不同的调度方案可改变坝前水动力轴线、推移质输移带走向,因此在满足电站安全运行的前提下,采取合理的调度运行方式可使电站防沙效果取得最佳;汛期电站排沙以集中开启泄洪闸排沙为宜;坝前来流较大时电站需开启冲沙底孔,关闭发电机组以保证生产安全。

一种消能通道与过鱼通道独立的新式Tesla阀鱼道及其水力特性研究

Tesla阀特殊的结构形式,可以将反向流入的水流分别导入直/弯两组通道,并在导流柱末端摩擦碰撞进行消能,使池室内流速大大削弱。这种独特的流动特性非常适合用于设计鱼道,然而直接移用Tesla阀原始结构作为鱼道已被证实具有显著局限性。对原Tesla阀鱼道进行了结构优化,通过调整池室直/弯道宽度比,镂空导流柱并增加开口端长度等措施,得到了一种消能通道与过鱼通道相对独立的新式Tesla阀鱼道。利用数值模拟对比了优化后Tesla阀式鱼道与原方案的水力特性参数,重点分析了新式Tesla阀鱼道的流速变化规律、流场及紊动能分布情况。结果表明:新式Tesla阀鱼道相较于原方案具有明显优势,在保证消能效率不变的前提下,有效改善了池室流态,整体流速和紊动能较原方案更小。新方案显著提升了休憩区占比,池底比降范围为1%~3%时,原Tesla阀鱼道中休憩区占比为8.5%~1.2%,而新式Tesla阀鱼道内休憩区占比为44.7%~25.8%,增加了鱼类上溯成功的可能性。新方案池室内流速和紊动能随着底坡比降增加而增加,但过鱼通道内始终保持较低流速,而大流速主要出现在消能通道内。前两级池室消能通道中最大流速增涨率较高,而在3级池室以后则增涨率趋于变缓。过鱼通道内紊动能整体较低,当底坡比降小于2.5%时,该鱼道的上溯条件和经济性较好。

茅坪河入汇平陆运河汇流方案优化

天然条件下平陆运河支流茅坪河入汇对运河通航条件有明显影响,汇流区域存在严重的横流、回流等不利水力现象,影响通航。针对茅坪河入汇平陆运河汇流区域的通航条件问题,采用三维数值模拟对不同流量组合下汇流区域的通航水流条件进行研究。结合设计整治方案在通航条件方面存在的不足,在调顺支流来水、拓宽汇流断面两个方面进行优化。结果表明,优化后的整治方案效果良好,改善了运河通航条件,横向流速、回流流速等水力指标均能达到相应标准的要求。

LNG罐箱多式联运监控系统研究

针对LNG罐箱多式联运的运输模式,分析多式联运过程中的风险,提出一种LNG罐箱多式联运监控系统。该系统利用各种传感器实时采集罐箱参数,通过无线通讯技术传输数据,为用户提供数据查询、状态分析、智能报警等功能。实现对LNG罐箱从生产方到终端用户的全流程监控,提高LNG罐箱在整个运输过程中的安全性。

基于格子Boltzmann方法的航道整治建筑物影响下过饱和总溶解气体输移释放规律

基于双分布函数-浅水Lattice Boltzmann方法,建立了过饱和总溶解气体(TDG)输移模型,研究某电站下游航道整治建筑物对河道内TDG输移规律的影响。结果显示,整治建筑物的修建对主流区流态和TDG变化影响较小;航道整治建筑物对河道过饱和TDG时空分布的影响主要表征于整治建筑物局部区域范围内,整治建筑物坝田回流区流速降低,水体传质减弱,从而导致TDG浓度降低且低浓度区域面积增加,可以为鱼类提供一定避难空间。该研究为水体中TDG输移扩散的研究提供了一种新的方法,同时为改善电站泄水导致TDG过饱和对鱼类的不良影响和建设生态水道提供科学依据。

嘉陵江利泽船闸原型观测试验

新建嘉陵江利泽船闸平面尺度较大、输水系统简单、输水系强度大,需通过原型观测获得船闸运行特性。原型观测结果表明:船闸左右两侧人字门、阀门同步性较好,但阀门启闭速度较设计要快;阀门以Tv=3.7min开启,船闸闸室充水时间7.4~7.9min,泄水时间8.3min,船闸超灌和超降值分别为16cm和11cm;500t级满载船舶,充、泄水过程船舶闸室系缆力均较小;船闸上下游引航道口门区通航水流条件较好。