长距离输水有压-无压耦合水力瞬变的Godunov格式建模模拟

针对含无压流、倒虹吸有压流联合的长距离输水系统,建立有限体积法Godunov格式的有压-无压耦合水力瞬变数学模型,并对运行水力特性进行模拟研究。对于无压流转变为有压流时,提出考虑有压流水锤效应的Preissmann狭缝法,实现有压流水力瞬变的模拟计算。基于有限体积法Godunov格式对控制方程进行离散求解,采用了虚拟边界法实现了边界与内部单元统一计算,简化了计算的繁琐。结合实际工程,针对稳态运行流态、糙率敏感性、水力过渡过程进行计算分析。结果表明:所建模型模拟结果与精确黎曼解数据基本一致;稳态运行情况下,运行流量越大、糙率越大、下游出水口水位越高,满管率、最大管道充满度、最小管道充满度越大,水面线越高。较高水面线时倒虹吸的惯性振荡可导致瞬变过程出现局部明满交替流波动。

非洲赞比亚长距离超高压输水系统优化设计

以赞比亚卢萨卡市卡夫河供水项目为例,阐述了长距离超高压输水系统的水锤防护解决方案及优化设计。通过对现状输水设施运行状况的分析,总结长距离超高压输水系统的水锤防护要点,并应用于新系统的管路及输水泵房设计,对于国内外长距离超高压输水系统的优化设计具有重要的指导和借鉴意义。

长距离输水工程数字孪生模型数据融合及编码技术研究

针对长距离输水工程在数字孪生工程数据底板建设过程中GIS与BIM等多源数据融合及编码体系不完善的问题,通过分析长距离输水工程设施数字孪生模型建立方法和编码特点,开展BIM模型和倾斜摄影三维实景模型建立与融合方法、水工设施KKS编码方法和基于Dynamo的快速编码技术的研究。研究结果及工程应用表明,基于Cesium的BIM模型和倾斜摄影模型融合能够实现精细化三维场景模型构建和长距离输水工程数据信息共享。将KKS编码拓展到水工设施编码,形成的数字化编码库,有利于水工设施与机电设备编码的高效和统一管理。利用Dynamo自动编码技术,可快速实现设施设备快速编码,提升了长距离输水工程设施运维管理的数字化与智能化程度,为后续数字孪生延伸应用奠定基础。

流量保证条件下长距离输水系统管径优化研究

针对流量保证条件下长距离输水系统管径优选问题,综合考虑流量保证率和管道年费用,建立长距离输水系统管径优化模型。首先,考虑需水量的随机性,综合输水系统供水量和需求端用水量,表征长距离输水系统的流量保证率;其次,综合分析管网造价、年动力费用、管网投资及大修费等,建立输水管道年费用表达;最后,结合流量保证率和管道年费用,建立多目标优化模型,运用遗传算法求解,寻求最优管径组合方案。工程案例表明:该地输水系统的最优管径组合方案为线路A管径为DN550,线路B管径为DN550,线路C管径为DN500。对应的流量保证率为85.21%,大于70%的流量基本保证率,可满足用户需水量。对应的输水管道年费用为13 524.05万元/年。

长距离大流量输水工程的管材选用研究

长距离大流量输水管道是引配水工程的主要手段,其在保证水质达标、输水安全、施工便利性方面相较于输水明渠具有显著优势。管道工程的管材类型选取深刻影响着工程的运行安全和总体投资。以东莞市东江与水库联网供水水源工程为例,针对长距离大流量和土壤地质特点,选择现浇钢混管涵、预应力钢混管涵和预应力钢筒管子进行经济技术比较,分段布置适宜的输水管材,确定管道最优选取方案。文章提出的方法能科学评价管材适宜性,对于长距离大流量输水管材选型设计具有重要的参考价值。

汪清抽水蓄能电站输水发电系统渗控效果数值模拟研究

抽水蓄能电站输水发电系统埋深较大,受排水廊道、隧洞充水、复杂地质条件、天然地下水等多种因素影响,常形成复杂渗流场。依托汪清抽水蓄能电站工程,基于FEFLOW建立包含输水隧洞、地下厂房、排水廊道、围岩、断层的三维渗流稳态模型,分析了沿输水发电系统纵剖面的渗流场分布特征,并对各部位的渗流量进行预测。根据模拟结果对初始方案进行优化,修改方案取消了不必要的中平段排水廊道,并抬升下平段排水廊道使其以自流方式排出渗水,厂房区排水廊道和洞室群渗流量合计8048.16 m^(3)/d,为地下厂房排水泵选型提供了较大富裕度。修改方案取得较好的防渗排水效果,对类似工程的渗控措施优化具有指导意义。

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。

长距离大流量重力流输水管道设计实例

以南水北调中线某配套输水管道工程为研究背景,基于水锤计算与防护及自动化监控技术为依托,从管道的平面选线、竖向布置、管道穿越、管材选择、管道防腐、附属设备等方面论述长距离大流量重力流输水管道的设计要点,并对设计过程中存在的多分枝流量分配与控制、水锤安全防护等难点问题进行了分析。

复合式排气阀用于长距离输水系统水锤防护

针对具体工程提出了利用复合式排气阀进行长距离输水系统水锤防护的措施.结果表明:复合式排气阀可避免因液体汽化形成的断流弥合水锤,大幅度降低水锤暂态过程中管路最高正压、最低负压的绝对值;长距离输水系统应在缓闭阀出口、管路最高点、局部凸起点以及大坡度长距离上升段的适当位置安装复合式排气阀.

长距离有压输水系统防水锤设计探析

以辽宁省大伙房水库二期工程为研究背景,在对长距离有压输水工程中水锤现象产生的原因进行分析的基础上,提出了设置2座单向调压塔和6座双向稳压塔防止水锤效应发生的思路和方法。

长距离输水自动化系统的功能与实现

结合大型长距离输水工程自动化系统的应用需求,对系统结构、系统功能进行了设计,最后通过实验室联调测试验证了方案的可行性和实用性。

长距离输水工程安全监测系统几个问题的讨论

结合宁波白溪引水工程、山西万家寨引黄工程、广东东江—深圳供水工程等长距离输水监测系统的施工管理经验,阐述了该类工程安全监测的不同特点和要求,并探讨了自动化监测系统设计、工程施工、质量管理、运行维护等方面需注意的问题,对相关工程的设计、施工、运行管理具有指导意义。

长距离高水头输水系统水力过渡过程分析与设计

结合麻阳溪引调水工程长距离输水系统布置,分析计算阀门(闸阀)在短时间内关闭时管道(隧洞)内水头压力响应特性、水锤压力响应特性、调压井响应特性及取水前池响应特性,然后根据调保过程提出合理的调压设置、阀门关闭时间等。

排气阀在长距离供水系统的应用

长距离输水管线常见问题是输水过程中空气在管道内部集结,使供水管道产生气阻,以及启泵、停泵以及意外情况下的水力波动,因压力变化引起的速度变化而产生的水锤效应。结合工作原理,提出基于排气阀的解决方案,并通过实例验证排气阀在长距离输水系统的重要作用。

长距离多泵联合运行输水系统停泵水锤防护措施

运用水锤理论和特征线法,结合工程实例,对采用缓闭式蝶阀、空气阀和单向调压塔等防护措施的长距离多泵联合运行输水系统停泵水锤进行计算和分析,得到了管道沿程的水头包络线以及泵端性能参数相对值的变化曲线。计算结果表明,无防护措施下最小水锤水头较低,泵端性能参数变化较大;泵端蝶阀防护可以有效地控制泵端性能参数流量和转速变化幅度,但水头的变化出现了振荡,最小水锤水头值降低;采用空气阀+泵端蝶阀防护可以有效地增加最小水锤水头值,只在管道局部出现负压,但与泵端蝶阀防护相比性能参数变化有所增大;单向调压塔+泵端蝶阀对停泵水锤防护效果最为明显。为了减小单向调压塔数目,最终选择单向调压塔+空气阀+泵端蝶阀的组合作为最终的防护措施,与无防护措施相比,组合防护下整个管道不出现负压,泵端水头虽出现了振荡,但幅度不大,流量最大变化幅度下降0.15,转速最大变化幅度下降0.7,转矩振荡时间变短。

长距离泵输水系统事故停泵水锤数值模拟研究

为了确定输水系统事故停泵水锤的合理防护措施,根据辛安泵站长距离高扬程的工程特点,建立水锤数学模型。通过模拟计算,确定了两阶段阀门的最优关闭规律,并将水泵出口设置两阶段关闭蝶阀、无关闭阀、蝶阀和空气阀联合防护3种不同条件下停泵水锤水力瞬态过程计算结果进行对比分析。结果表明:所建立的数学模型合理,蝶阀和空气阀联合防护措施效果明显,为管道和泵站的设计提供依据。

长距离输水系统中调节水库水力特性的试验研究

为调节和平衡长距离输水系统的流量,系统中一般设置一定库容的调节水库,其水力特性与各项功能是密不可分的。文章结合工程实际研究了调节水库进出口区域及库区整体上的流速分布,水流运动特性,并对不同运行工况下库内部分水体的最长滞留时间进行了分析估算。结果表明,库内水流流速较缓,在进、出水量不平衡条件下运行过程中,水流运动为有环流的三维流动,并且部分进库水体滞留时间偏长,存在富氧化而影响水质的风险,在类似的工程设计、运行和管理时,有必要进行进一步优化调整,以达到最优调节目的。

长距离输水系统停泵水锤防护多目标优化研究

长距离有压输水系统中的水锤现象会导致管道系统振动或破裂,通常需增设水锤防护措施。为保障安全的同时降低水锤防护成本,针对长距离输水系统泵站停泵水锤过程中的水锤防护措施优化问题,提出基于随机森林(RF)算法与快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)协同的多目标优化方法。采用特征线法建立水力瞬变模型,构造期望样本集,利用RF算法拟合优化变量与优化目标间的映射关联。以最大水锤压力值、最大无量纲反转转速和水锤防护成本最小作为构建多目标优化模型目标函数,迭代搜索最优参数集。研究表明,该方法能在短时间内获得各目标均匀分布的停泵水锤防护优化方案集,所得方案满足规范中水锤防护要求,可为长距离输水系统停泵水锤的优化设计提供参考。

洪涝灾害后城镇景观长距离输水系统水文风险评估

对输水系统运作过程存在风险采取准确评估,可有效维护洪涝灾害后城镇景观设施完整性。该文提出一种基于MS-AR模型的长距离输水系统水文风险评估方法,首先分析输水节点结构重要性与网络结构抗毁性的耦联关系,推算平均节点结构重要度,明确节点对系统损坏贡献水平,利用节点结构重要度离散性质表示输水系统网络结构抗毁性,获取长距离输水系统结构可靠系数;其次使用Ditlevsen界限,构建水文风险评估模型,得到系统正确水文参数,增强风险评估精度;最后采用MS-AR模型,将参数进行迭代实现最大似然估计,并获取质量模拟序列,完成风险评估过程。

基于不同信息程度攻击下的长距离输水系统抗毁性研究

综合运用图论和复杂网络理论,构建了长距离输水系统网络拓扑结构图,选取破坏效率较高的节点攻击,分别在输水系统网络拓扑结构信息未知、部分已知和全部已知的情况下展开随机攻击、条件攻击和蓄意攻击,进行了3种攻击策略下输水系统抗毁性的仿真试验,并在网络拓扑结构信息完全获取的情况下采用度、介数和接近中心性3种特征参数量化节点重要性,分析了输水系统对不同节点重要度参数的抗毁性响应。研究结果表明:不同攻击策略下的破坏效率呈现为蓄意攻击>条件攻击>随机攻击,对拓扑网络结构的信息获取程度越大,攻击效率越高;完全信息攻击下的输水系统抗毁性受节点的介数影响较大,受节点的度影响较小。本研究可为长距离输水系统的重要设施识别及保护提供理论支撑。