非标准马蹄形断面水力计算研究

以滇中引水工程楚雄段-昆明段非标准马蹄形断面为研究对象,采用几何分割法对该马蹄形断面的水力要素进行了推理,推导出任意水深所对应水力要素表达式。同时,采用三分试算法计算了该断面正常水深,试算过程采用C#编程来实现。考虑到马蹄形断面正常水深计算的复杂性,采用拟合优化原理推导出正常水深的直接计算公式。计算结果表明:在该公式的适用范围内计算该断面正常水深的最大相对误差为0.496%,同时整个计算区间内89.3%以上计算点相对误差小于0.24%,精度相对较高,可以满足实际工程的需要。

无压圆形输水隧洞正常水深与临界水深的简便计算

正常水深与临界水深是输水隧洞设计计算、运行管理的重要水力参数,圆形断面作为水力最佳断面,其特征水位计算尤为重要。针对已有公式存在精度不高、适用范围较小的问题,从水流运动的基本方程出发,引入过水断面特征参数和无量纲水深,结合数学运算中的极限思维,构造了多个函数模型。采用改进后的粒子群算法替代传统的参数确定工作,从而得出圆形隧洞无压水流特征水深的简便计算公式。通过与以往几个典型公式进行对比发现,本文提出公式在计算精度上得到了显著提高,正常水深计算的最大相对误差被控制在0.067%以下,而临界水深的计算误差也不高于0.182%,同时二者均具有较广的计算适用范围。本研究为特征水深的计算提供了新思路,同时提出的计算公式精度高、适用范围广,在隧洞、管道等无压输水系统中具有广阔的应用前景。

长江中游城陵矶—武汉河段稳定航深计算方法改进

航道稳定航深计算是充分利用航道水深资源的前提条件,改进稳定航深的计算过程对估算航道水深潜力有重要的意义。为计算长江中游城陵矶—武汉河段航道最大稳定水深,改进了稳定航深估算法中的河相关系参数、水深修正系数及分流比计算过程,同时综合考虑分汊河段和非分汊河段的稳定航深,最后确定了城陵矶—武汉河段在不同流量、不同河宽下的稳定航深。研究结果表明:(1)通过构建城陵矶—武汉河段流量Q与河相系数α、形状系数k、河相指数β、河宽B的经验关系,可简化改进稳定航深估算法的稳定航深计算过程。(2)城陵矶—武汉河段在98%设计通航保证率流量下,150、200、250 m航宽尺度下基于自然禀赋的稳定航深分别为5.98、5.64、5.30 m;在20 000 m^(3)/s流量下,150、200、250 m航宽尺度下的稳定航深分别为12.56、11.89、11.22 m;在30 000 m^(3)/s流量下,150、200、250 m航宽尺度下的稳定航深分别为16.81、16.16、15.49 m。

GPS-RTK联合数字测深仪在凤河河道横断面测量中的应用

以台山市新昌水凤河河道横断面测量为例,由于水下地形复杂,传统的河道横断面测量方法效率低、精度差,已无法满足现代水利建设的需要。为了能够提高河道横断面的测量精度和效率,减少误差,采用GPS RTK技术联合测深仪进行河道横断面测量,可以快速、准确地获取凤河河道横断面的位置坐标、水深、高程等数据。通过两种技术的联合应用,实现对新昌水(凤河)河道横断面的精确测量,为新昌水(凤河)治理工程的设计和建设提供准确的数据支持。

陕西省水生态足迹深度与广度时空格局及影响因素

运用水生态足迹及其深度与广度评价方法,对2000—2019年陕西省水生态足迹、承载力、深度与广度时空格局进行研究。从经济、人口、环境、农业和水利5个方面,构建水生态足迹影响因素指标体系,采用CFEM模型对水生态足迹成因进行分析。结果表明:(1)陕西省水生态足迹总体呈波动上升趋势,多年均值为1403×10^(4) hm^(2),其中,农业水生态足迹占比最高,多年平均占比为66.65%,工业和居民生活水生态足迹占比分别为15.84%和13.39%;(2)陕西省水生态承载力年际分配不均衡,在603.5×10^(4) hm^(2)~3741×10^(4) hm^(2)间波动,多年均值为1632.9×10^(4) hm^(2),高于水生态足迹,处于水生态盈余状态;(3)近10 a,陕西省主要以消耗水资源流量资本为主,水生态足迹广度处于较高水平,但2001年和2016年,水资源存量资本消耗量大;(4)陕西省水生态承载力与水生态足迹区域差异大,但年际变化相对较小;(5)经济发展水平、人口和水库库容,对陕西省水生态足迹具有显著的正向影响。为加强陕西省水生态承载力,应进一步完善和巩固水利工程设施建设,增加水库库容,完善水资源管理制度,强化水资源刚性约束。

华北型煤田深部开采底板“分时段分带突破”突水机理

通过对华北型煤田大采深高承压水和下组煤开采条件下10起较典型的煤层底板承压突水实例进行深入系统分析,基于时空4维结构概念,首次提出了"分时段分带突破"的煤层底板突水机理。从空间上即上组煤2号主采煤层至煤系基底奥灰强含水层之间,以薄层灰岩含水层为界分4个隔水地质单元,以因采动影响而产生的各种破坏损伤及原始导升裂隙带等按阻水能力为界划分11个阻水"分带",并建构了6种突水模式;从时间上按煤层底板渗水及突水通道形成进程划分4个"时段";在此时空概念基础上运用地质结构力学、水动力学、线性断裂岩石力学和非线性系统动力学等进行了相关实验及综合分析,给出了相应时段的煤层底板突水判据。

抛物线形断面渠道收缩水深的直接计算方法

通过对抛物线形断面收缩水深的基本方程进行恒等变形,得到了快速收敛的迭代公式,再与合理的迭代初值配合使用,得到抛物线形断面收缩水深的直接计算公式。误差分析及实例计算表明,在工程常用范围内,收缩水深的最大相对误差仅为0.12%,直接计算公式形式简捷、精度高、适用范围广。

普通城门洞形隧洞正常水深的直接计算方法

普通城门洞形过水断面是泄洪隧洞和灌溉引水隧洞较常采用的断面形式之一,其水力计算中的正常水深求解无显函数形式的表达公式。传统的试算法或查图法不仅计算过程繁琐,而且计算精度不高。该文通过对城门洞形断面均匀流方程进行数学变换,并对引入的无量纲参数与相对正常水深的关系进行分析及计算,应用逐步优化拟合原理进行拟合,得到了普通城门洞形断面均匀流水深的直接计算表达式。实例计算及误差分析表明:在工程实用范围内(正常水深与拱顶半径之比在0.20到1.55之间),直接计算公式最大相对误差不超过0.24%。且该式具有物理概念清晰明确、公式形式简捷等优点,可为工程设计及水工设计手册的编制提供有益的参考。

计算溢流坝下游收缩断面水深的方法

溢流坝下游收缩断面水深 hc 的计算对水工消能设计十分重要． 目前常用的方法有试算法、图解法和迭代法，这些方法计算精度不高，人工计算量大或要求较高的计算数学的理论知识等，不便于在生产实际中推广应用． 为此，把 hc 的计算问题归结为非线性优化问题，用作者研制的加速遗传算法 （AGA） 来处理． 应用 AGA 方法的实例计算结果说明 AGA 比常用方法简便 计算精度高且具有通用性．

明渠临界水深计算方法总论

总结了近30年来各种断面明渠临界水深的计算方法,并经分析与比较,通过最优迭代与拟合处理及误差分析,优选出各种典型渠道断面临界水深计算的一系列解析计算公式,该系列公式简捷、准确、通用。综合评价结果表明:各方法的最大误差不超过2%,多数最大误差小于1%,能满足生产实践的需要。

塔里木河下游生态输水对地下水埋深变化的影响

地下水是维系荒漠河岸植被生存、生长的关键因子,对于退化植被的恢复具有重要的意义。结合塔里木河下游生态输水过程中地下水埋深的实测数据,详尽分析了2000—2020年地下水埋深的时空变化及对生态输水的响应。监测结果显示:在生态输水条件下,塔里木河下游河道两侧地下水埋深大幅抬升。(1)在纵向上,自上游段的英苏、中游段的喀尔达依,至下游段的依干不及麻,在距河道100 m处,地下水埋深分别由输水前的7.76 m、9.31 m、7.82 m抬升至3.70 m、4.48 m和2.69 m;在距河道300 m处,地下水埋深分别由输水前的8.09 m、9.15 m、8.25 m抬升至4.53 m、5.00 m和3.29 m;在距河道500 m处,地下水埋深分别由输水前的8.21 m、9.45 m、9.08 m抬升至6.61 m、5.46 m和3.82 m。(2)在垂直于河道方向上,根据地下水井监测数据,生态输水对塔里木河下游的上、中、下3个区段地下水位的影响范围均达到了1050 m,分别抬升了2.69 m、1.38 m、1.59 m。(3)生态输水前期(2000—2009年),上、中段地下水位抬升迅速,2009年以后,下游段依干不及麻地下水位抬升幅度明显高于英苏(0.88~4.65 m)和喀尔达依(0.53~4.07 m)。并且,70.5%监测井地下水位波动趋于稳定,说明间歇性的生态输水有助于抬高地下水埋深,是地下水补给的主要来源,对于维持地下水较高水位的动态平衡具有一定的促进作用。

U形渠道的水力特性及水力计算

U形渠道断面水力和结构性能优越,是渠道输水工程中较常采用的断面形式之一,水力计算中的正常水深、临界水深求解无显函数形式的表达公式。提出了U形渠道水力最佳断面的设计方法,并给出了确定U形渠道水力最佳断面底弧半径的计算公式。导出了U形渠道正常水深、临界水深水力计算的迭代公式,并给出了判别水深范围的界限流量计算公式。

圆形断面临界水深的近似计算公式

通过对圆形断面临界流方程进行数学变换,得到圆形断面临界水深的近似计算公式,在工程常用范围内其最大相对误差小于0.86%。与现有的计算公式进行比较,结果表明该近似计算公式形式简单,计算精度高,使用方便。

弧底梯形明渠临界水深的直接算法

通过对弧底梯形明渠临界水深基本方程的数学变换,应用迭代理论得到其无量纲临界水深快速收敛的迭代公式;结合工程实际在大量分析计算的基础上应用最佳逼近拟合原理确定出了恰当的迭代初值,从而提出了一种简捷、准确、通用的弧底梯形明渠临界水深的简捷计算方法。

用加速遗传算法计算梯形明渠的临界水深

目前计算梯形断面明渠临界水深hk的常用方法有试算法、图解法、近似公式法和迭代法 ,它们存在计算精度不高、求解复杂等缺点。为此 ,把hk的计算问题等价于一非线性优化问题 ,指出了hk的变化范围 ,并用加速遗传算法 (AGA)来求解hk。实例的计算结果说明 ,与常用方法相比 ,AGA适用性强。

梯形明渠临界水深计算公式的改进

以简单的迭代法为基础，通过对临界水深方程进行数学变换，提出了计算梯形明渠临界水深的新方法．该方法不依赖图表，简单易行，精度很高，可供工程实际参考应用．

石岛新港港池回淤变化分析

通过不同时期的水深对比对石岛新港港池的回淤进行了研究,对比分析了研究区港池回淤2 a的变化,进行了港池开挖区海底地形变化分析,定量评价了淤积幅度,分析了影响淤积变化的主要因素和淤积变化规律,提出开挖负地形、岸线码头建设、较强台风浪是导致淤积加快的主要原因,为港池维护和设计提供依据。

普通城门洞形断面临界水深的近似计算方法

普通城门洞形断面临界水深的计算需求解高次隐函数方程,理论上无解析解,传统的图解法或者试算法计算过程复杂,费时费力。通过引入无量纲临界水深,对城门洞形断面临界水深的基本方程进行恒等变形,根据优化拟合原理,得到临界水深的近似计算公式。误差分析及实例计算表明,在工程常用范围内,临界水深的最大相对误差小于0.39%。该公式形式简捷、精度高、适用范围广。

无压流圆形断面收缩水深的近似计算公式

无压流圆形断面收缩水深的计算需求解高次隐函数方程,理论上无解析解,传统的图解法或者试算法计算过程复杂,费时费力.通过引入无量纲收缩水深,对无压流圆形断面收缩水深的基本方程进行恒等变形,得到了快速收敛的迭代公式,再与合理的迭代初值配合使用,得到无压流圆形断面收缩水深的近似计算公式.误差分析及实例计算表明,在工程常用范围内,收缩水深的最大相对误差小于0.72%.近似计算公式形式简捷、精度高、适用范围广.

溃堤洪水的二维水动力模型及其应用

为了减少堤防溃决造成重大的生命财产损失,加强防洪减灾非工程措施建设,建立了溃堤洪水的二维水动力模型,对溃堤洪水的精细化仿真模拟。该模型考虑了溃堤口门展宽变化,局部网格加密处理,并采用干湿水深理论与热启动技术对模型进行优化。将该模型应用于黄河内蒙段南岸灌区的溃堤洪水演进模拟,利用2008年杭锦旗奎素段实际溃堤数据对所建模型进行验证,结果表明:流场分布均匀且光滑,计算结果合理可靠,模型具有较高的计算精度及可靠性。采用该模型模拟了沙圪堵工程与奎素段堤防同时溃决的情形,并绘制了洪水风险图,为该地区防洪风险管理决策提供了重要的技术支持。