南水北调中线输水调度预演系统研发及应用

南水北调中线输水调度仿真预演是精准化调度决策的基础。针对中线输水线路长、控制闸门多、运行工况复杂等调度难点,开发了数字孪生南水北调中线输水调度仿真预演平台,构建了水情数据智能清洗模型、自主学习训练模型、总干渠一维恒定流和非恒定流精准模拟模型、典型建筑物局部三维水力仿真简易模型等,实现对任意设定工况下水力调控方案效果的精准仿真,形成有效的调度预案。预演平台具备较强的灵活性和通用性,方便用户自由模拟不同时空尺度下的各类运行工况,可适应入流和出流等边界条件的变化。系统具有自主学习能力,能够随着监测数据的积累,不断自动完善计算模型参数和结构,提高计算精度。南水北调中线输水调度预演系统为安全高效输水调度提供有力的技术支撑。

引江补汉工程控制枢纽品字型双层闸门水力控制技术

石花控制闸是引江补汉工程的控制枢纽,采用品字型双层闸门布置解决了引江补汉工程高水头、超长有压输水水力控制关键技术难题。为了探究石花控制闸品字型双层闸门水力控制技术,采用数值计算和水工模型试验的方法开展研究:①采用一维、三维耦合数学模型计算控制闸启闭引起的系统水力过渡过程,为工程设计提供边界条件;②采用物理模型试验分析控制闸体型的合理性。结果表明:系统沿线最大、最小压力均满足相关规程要求;控制闸内水流流态、压力分布等指标正常,控制闸体型合理。石花控制闸总体设计方案合理,布置方式和研究方法可为其他类似工程提供参考。

基于外调水入渠的冰期渠道水力热力协同调控方法

为破解高纬度地区长距离渠道冬季冰盖下输水能力不足的问题,以一个梯形断面尺寸一定的渠道模型为例,利用数值模拟方法,分析气温、入渠水温、输水流量等热力和水力因子对冬季渠道水温沿程衰减的影响规律,并采用多元拟合的方法提出适合该断面尺寸渠道的不冻长度公式。分析两种离线水库补水模式对渠道水体的温控效果及补水流量、气温、补水水温对补水间距的影响,并将不冻长度公式用于补水间距的计算。研究表明:在接近冰点的渠道断面,通过外调水入渠,能够延长渠道不冻长度,可在一定输水距离范围内避免渠道结冰,从而解决长距离输水渠道冰期输水能力不足的问题。研究成果对长距离输水渠道冰害防治和冰期输水能力提升具有一定参考价值。

南水北调东线二期半专道输水方案对淮河入江水道行洪能力影响研究

淮河入江水道是淮河下泄洪水的主要通道,承担来自淮河中上游约66%~79%的洪水,是淮河行洪的安全阀。为了研究南水北调东线二期半专道输水方案对淮海入江水道行洪的影响,建立北抵洪泽湖三河闸、南至长江三江营的一二维水动力数学模型,在设计洪水工况下分析工程方案对入江水道行洪的影响。结果表明:工程实施后,入江水道上段、下段行洪水位低于设计值;中段邵伯湖由于东侧修建隔堤侵占河道,行洪时部分区域水位有少量抬高,当对新民滩南部实施切滩补偿后,可有效消除其影响。

南水北调中线工程总干渠冬季大流量输水水温调控措施

为保障南水北调中线工程冬季输水安全,利用建立的总干渠全线一维水温模型,针对350、280、210和150 m3/s这4种不同输水流量方案,模拟分析各方案在强冷冬、冷冬、平冬和暖冬等典型冬季气象条件下总干渠冬季输水保温效果,在此基础上提出总干渠冬季无冰盖大流量输水水温调控措施。结果表明:针对不同典型冬季气象条件,在有限条件下采取无冰盖大流量输水调度运行方式,可不同程度缩短输水流动时长、减少沿程水体热量损失,从而达到保温效果;在各典型冬季年份气象条件下,随着总干渠输水流量增大,沿程水温比降相应减缓,明渠末端水温相应提升;在冬季气象条件适宜情况下,总干渠冬季采取无冰盖大流量输水水温调控措施,既有利于减小水温降幅,同时也可有效解决冬季输水能力受限问题;建议根据总干渠中短期气温预报和水温预测情况,在冷冬、平冬和暖冬等典型冬季气象条件下尽可能采取较大输水流量输水模式,在强冷冬气象条件下可分时段、分渠段采用无冰盖大流量输水模式。

驷马山引江工程长距离输水过渡过程一维三维耦合分析

梯级泵站长距离有压输水管道上下游水情发生变化,易导致管道内水压、流速等水力参数变化,进而引起水锤。为满足管道的输水要求,保障其在各工况下安全运行,采用一维特征线法和三维VOF相耦合的方法对其进行数值模拟,建立梯级泵站长距离输水系统过渡过程分析的数学模型。分析了驷马山引江工程的滁河四级站长距离输水系统在泵站停机、失电等工况条件下管道内压力、出水池水位的变化规律,得出通过末闸和侧闸的合理启闭可以更好地保障整个管道系统的安全。

BIM技术协同集成项目交付的水利工程项目建设研究

为了实现对水利工程项目的协同集成管理,提出BIM技术协同集成项目交付的水利工程项目建设模型,采用BIM技术实现对项目建设的可度量性和渐变性的特征数据检测,获得水利工程项目管理的量化参数模糊集,通过不确定信息分类方法建立BIM技术协同集成项目交付的层次结构模型,实现对水利工程项目建设的风险检验和量化评估。结果表明,该模型能有效实现对水利工程项目建设的综合评价和决策,提高对工程项目交付的量化评价能力。

南水北调东线后续利用黄河输水方案研究

南水北调东线一期工程于2013年11月15日全线正式通水运行。山东省作为东线一期工程受水区,虽然每年的净供水量在逐年增加,但与规划的山东省净供水量相比,仍有较大差距,工程调水能力未得到完全发挥。2015年淮委会同海委根据水利部的统一部署和安排,共同编制完成了《南水北调东线后续工程规划总体方案》,提出东线二、三期合并实施建设方案。重点研究利用黄河输水方案的线路布局,分析该方案的影响和优缺点,论证方案的技术经济可行性,提出结论和建议。

南水北调中线工程冬季气温与水温关联性

为探讨南水北调中线工程中渠水温度与沿途气温之间的关系,采用等距抽样方法,从南到北在南水北调中线节制闸中选取7座节制闸作为分析样本,收集统计2022年11月15日—2023年2月28日所选节制闸的水温信息和所在地的气温信息。结果表明:7座节制闸的冬季水温变化趋势和15日移动平均气温变化相似;对南水北调中线上游段水温减去沿线15日气温差形成的数据与下游段水温数据进行对比,计算得到的皮尔逊相关系数均在0.95以上,相关性显著;在冬季,跨流域调水工程从南到北(上游到下游)的15日移动平均气温差是反映水体热量损失的主要表现形式。研究结果可为跨流域调水工程调整冰期输水调度策略、预防冰冻灾害提供理论依据。

调水工程中梯级泵站的优化调度研究

针对大型调水工程整个系统进入稳态运行后,在各站的抽水流量或首级站进水位发生变化的情况下如何及时做出运行决策,调整各梯级站间的水位,达到整个系统总能耗最小之目的这一问题,建立了大型调水工程各梯级站水位优化调度的数学模型,并对其解法进行了探讨.

南水北调中线2014～2015年度冬季冰情原型观测

2014年底,南水北调中线干线工程全线正式通水,冬季冰期输水面临渠道结冰问题。为研究中线干线冬季冰期安全输水问题,于2014-2015年度冬季开展了冰情原型观测,获得了冬季冰期输水的水力参数、气象参数和冰情特征等第一手现场数据,掌握了暖冬气候条件、小流量输水工况下中线干线结冰、封冻和开河过程的基本规律。为中线工程冬季安全输水运行积累了经验,可为制定冰期调度方案和编制防凌减灾措施提供依据。

南水北调中线一期工程天津干线输水方案论证

南水北调中线一期工程天津干线输水线路长、引水流量大、流量变化幅度大,且具有一定的天然水头。现根据天津干线的特点,以技术可行、安全可靠、经济合理、运行控制简单、保证水质、减少水量损失、减少永久占地以及对当地社会环境的影响最小为原则,对天津干线输水方案进行了论证。

基于Mike11的引黄济青工程输水效率确定

为提高引黄济青工程的调度运行管理水平,基于Mike11构建引黄济青工程水动力模型确定了不同流量下输水效率,即选取8个水位模拟断面,选取2018年3月16日~6月13日的调度运行数据进行模型参数率定和验证,利用率定好的模型计算6种不同流量下的输水效率。结果表明,当引黄济青上节制闸的流量q≤25 m3/s时,工程输水效率为0.801 0;当25 m3/s40m3/s时,工程输水效率为0.879 4;同渠段随着流量的增大,输水效率越大,因此在实际调水过程中,大流量输水会提高调水效率,根据确定的不同流量下的输水效率,为引黄济青调水工程的精细化调度提供调水依据。

神经网络在南水北调中线冬季水温预测中的应用

受冰情影响,南水北调中线工程冬季输水能力大幅下降。冰水情系统是一个涉及多因素的复杂系统,其中水温是决定冰情的关键因素,神经网络方法可以用来描述系统中的非线性效应。分析了气温、阶段累积负气温、相对湿度、地温、太阳辐射、日平均流速等因素,建立了基于BP神经网络的南水北调中线水温预报模型。基于2016—2019年冬季观测资料,对北拒马河段冬季水温进行模拟和预测,分析了不同步长的预测效果。

基于直觉模糊IFWA算子的水利工程总承包交易模式选择研究

针对水利工程总承包交易现状,分析研究了3种经典工程总承包交易模式,并根据现实需要将其进行细分。构建选择指标体系,提出在水利工程总承包交易模式的选择实践中运用直觉模糊决策法代替传统的模糊综合评价法,并利用IFWA集成算子将决策信息转化为精确实数,对备选方案进行排序。最后,通过算例说明了该方法的可行性和有效性。

长距离重力流输水工程关阀方案优化研究

某长距离输水工程采用重力流输水方式,部分管段最大静水头483.0 m,是较为少见的高水头输水工程。为提出合理、高效的关阀方案,用特征线方法建立水力过渡过程数值模型,对线性关阀方案、两段折线关阀方案和三段折线关阀方案进行研究,并在寻优得到的三段折线上选取部分点,分别利用B-Spline插值、Spline插值和Bezier插值方法得到光滑的变速率关阀曲线,对比了各插值方法分析水锤控制效果的优劣。计算结果表明,在满足压力控制标准时,关阀效率从低到高分别为线性关阀、两段折线关阀和三段折线关阀方案。利用B-Spline插值方法和Bezier插值方法均能得到优化变速率关阀曲线,后者效果最优。

引汉济渭受水区输配水工程规划布局

为了做好受水区水量配置规划和输配水工程规划,实现引汉济渭工程目标任务,引汉济渭工程采用工程一次建成、分期配水的原则。结合引汉济渭受水区社会、经济、自然条件的实际以及供水对象选择的原则,选取22个直接供水对象;在阐述输配水工程总体布局的原则和方法的基础上,重点对周至向北一次过渭的输配水工程总体布局方案作了深入探讨;最后对输配水工程规模与布置作了详细介绍。

瘦西湖活水工程引水泵站经济运行模式分析

针对扬州瘦西湖水环境治理工程中的重要项目——引水泵站的经济运行问题,首先根据输水管道水力模型试验的测试资料[1]计算出泵站系统的扬程,然后对引水泵站的泵型进行了选择,并对最终选择的立式导叶混流泵的设计运行工况点进行了计算,最后对年动力费用测算按所选水泵自动工况拟合时稳定运行进行计算。为降低泵站运行成本,除采用变频调节外,还提出采用经济运行方式也是降低运营成本的主要手段,即对在不同运行模式下所消耗的动力费用比较,得出了一个较为经济合理的运行方案。这个方案对泵站建成后的运行安排提供了很好的指导,经济效益十分显著。

大伙房水库输水工程隧洞地质条件综述

主要针对大伙房水库输水工程,根据其设计阶段的地质勘察成果,同时结合施工中已开挖揭露的实际地质情况,对地形地貌、区域构造稳定性、地层岩性、地质构造、水文地质条件、主要工程地质问题等进行了综合评述,以期关心本工程的人士能对隧洞的工程地质条件有初步了解和认识。

秦岭特长隧洞超埋深强构造应力大变形处理技术研究

引汉济渭秦岭特长输水隧洞全长81.779 km,隧洞穿越秦岭岭南中低山区,地质条件极其复杂,断裂构造极为发育,且具有强构造应力。受复杂地质条件和地质构造的影响,秦岭隧洞1~#勘探试验洞主洞段施工中发生了不同程度的大变形,原设计围岩类别为Ⅲ类,实际施工过程中已经达到Ⅳ类和Ⅴ类,初期支护完成后变形严重。多处变形量超过10 mm/d,局部最大变形量达到了69 cm,给施工带来了极大的困难。对发生大变形段采取了二次套拱、加长锚杆、径向注浆、初支拆换、二次衬砌加强等措施进行控制。今后大变形段设计施工过程中,应通过加强超前地质预报与监控量测、提高支护设计参数、加大预留变形量来预防大变形的发生。