暴雨条件下的长距离渠系水力响应特性研究

暴雨是常见的天气现象,其对长距离输水渠系的适时适量供水及工程安全具有重要影响。通过建立暴雨影响下的渠系水力响应模拟模型,分析了不同暴雨条件和渠系闸门群有无联合调度等情况下的渠系联合水力响应规律,结果表明,暴雨可威胁渠系的运行安全,而恰当的渠系运行控制响应模式是改善渠系水力响应的重要方法,有利于促进输水安全。暴雨可造成南水北调中线工程渠道内水位雍高,雍高程度受降雨强度、降雨范围和渠道断面位置影响,其中末端渠池下游的水位雍高最大,连续3日暴雨可造成水位雍高0.44m,使渠系面临外溢风险,而采用闸门群联合调度后,可有效削减壅水高度,但此时的壅水高度还受渠系控制模式和参数取值等因素影响,且渠系风险位置也将位于降水影响区最上游端渠池。

长距离渠系融冰期自动化控制模式研究

开河前,冰盖糙率增加造成渠道水位上涨,有武开河的可能,易形成冰坝;开河时的水力半径和综合糙率突变造成渠道水位陡降,存在渠道衬砌破坏的危险。本文通过分析渠系融冰期的水力响应特性,从渠系运行安全(水位波动幅度和波动速率较小)角度提出渠系融冰期安全输水模式——适时适量的调节各分水口取水量,基于冰情预报建立了渠系融冰期自动化控制管理模型。该模型在渠系安全高效运行的基础上可加快渠系由冰期输水转为正常输水的过程,增大了渠系的输水效益。融冰期的冰盖糙率变化过程是影响渠系水位波动和流量调节量的重要因素,需要通过不同气象条件和流量下的详细原型观测进行分析。

基于平封冰盖生消模拟的长距离渠系冰期自动化控制模型

在小流量输水前提下,以面流冰密度为封冻判别指标,考虑了渠系中倒虹吸进口前和闸门前拦冰索的拦冰作用,考虑了不同冰情阶段(封冻前明渠流、流冰期、冰盖期和文开河期)的热量交换来源以计算水温传递过程、冰花输移过程和冰盖范围和厚度变化过程,建立了长距离渠系平封冰盖生消的自动化控制运行模型,并通过南水北调中线工程总干渠京石段进行仿真模拟,呈现了平封冰盖从下游拦冰索处向上游的封冻推进过程、冰盖厚度变化过程和从上游到下游的文开河过程及相应冰情阶段的渠系水位和流量波动过程。同时指出,判断封冻时的临界面流冰密度和流冰层厚度可影响渠池的封冻范围、封冻过程和冰盖厚度,进而导致渠系水力响应的不同,须要在工程的实际运行中率定。

2步法改善长距离渠系结冰盖期的水力响应

针对长距离渠系结冰盖期控制仿真模型中,在采用普通PID控制器和下游常水位运行时水位、流量波动幅度和变化率大的问题,提出了2步法的闸门控制运行方法.该方法利用了变步长步进式控制法和改进的PID控制器的优点,分离了结冰盖期冰盖糙率和控制器对渠系水力响应的影响,使用该方法对南水北调中线工程总干渠京石段进行模拟,结果表明此方法明显减小了渠系结冰盖期的水位流量波动幅度和变化率,有利于渠系冬季冰盖生成的稳定性和避免发生冰灾.

长距离控制渠系冬季运行策略研究

针对长距离控制渠系的水力条件模拟冬季可能结冰范围问题,提出在寒潮条件下渠系的结冰范围主要受渠首来水温度和渠系沿程输水流量的影响,将结冰范围内的渠道根据出现流冰现象的时间划分为三个分区,并指出影响该区发生流冰的因素,进一步分析提出长距离控制渠系冬季输水的运行策略可最大程度满足沿线输水要求和安全形成冰盖的目的,为相应工程的冬季输水提供依据。

密云水库调蓄工程总体设计方案研究

南水北调来水调入密云水库调蓄工程因地制宜,结合既有工程,巧妙提出了南水北调来水通过京密引水渠反向加压调入密云水库的调蓄思路,优化了南水北调中线总体布局,实现了南北联调、丰枯相济,同时恢复密云水库在供水任务中的重要地位,提高北京水资源战略储备。如此长距离利用现有渠道,既保留原有正向输水规模,又实现大流量反向调水功能,在国内少有先例。通过前期的理论分析、论证比选,确定了沿京密引水渠反向输水、分级加压总体布局,推算出渠道双向水面线成果,论证了渠道泵站、管道泵站和出入密云、怀柔两水库的关键节点布置,制定了满足不同工况的调度运行技术方案。