Study of a Hydraulic Jump in an Asymmetric Trapezoidal Channel with Different Sluice Gates

In this study,the main properties of the hydraulic jump in an asymmetric trapezoidal flume are analyzed experimentally,including the so-called sequent depths,characteristic lengths,and efficiency.In particular,an asymmetric trapezoidal flume with a length of 7 m and a width of 0.304 m is considered,with the bottom of the flume transversely inclined at an angle of m=0.296 and vertical lateral sides.The corresponding inflow Froude number is allowed to range in the interval(1.40<F1<6.11).The properties of this jump are compared to those of hydraulic jumps in channels with other types of cross-sections.A relationship for calculating hydraulic jump efficiency is proposed for the considered flume.For F1>5,the hydraulic jump is found to be more effective than that occurring in triangular and symmetric trapezoidal channels.Also,when■mes>8 and■>5,the hydraulic jump in the asymmetrical trapezoidal channel downstream of a parallelogram sluice gate is completely formed as opposed to the situation where a triangular sluice is considered.

Silting in the Lower Courses of Tidal Sluices in China

Serious sediment deposition often occurs after the construction of tidal sluices in small or medium-sized tidal muddy estuaries, so desilting or dredging is needed to meet the demands of flood discharge, saltwater retaining, and navigation in those areas. In this paper, the problem of sediment deposition induced by construction of tidal sluices is analyzed. Different problems of silting near tidal sluices for different types of estuaries are summed up, at the same time, corresponding methods are given to solve these problems, and a few successful examples are also given. The idea of comprehensive regulation and utilization of estuaries is put forward, and some proposals for solution of sediment deposition in this kind of estuaries are made.

感潮河段城市湿地水动力模拟及改善方案研究

湿地具有固碳释氧、涵养水源等作用,改善水体交换能力是湿地研究热点之一,但关于潮汐变动水位条件下湿地水体调控措施的探究相对较少。以长江南京段绿水湾湿地为例,建立平面二维水动力模型,开展感潮河段城市湿地水动力模拟及改善方案研究。计算不同水文条件及闸泵调度方案下湿地流场,分析潮位变动对绿水湾湿地水动力的影响,分析不同闸泵调度措施对水体流动性的改善效果。研究表明,闸泵联合调度可使枯季大部分区域水动力明显增强,但仍存在主槽外坑塘等局部滞水区,需通过湿地植被重构的方式提高水体自净能力。对易暴发藻类的4—5月,闸泵联合调度可较好改善绿水湾内上游区域的水动力条件,对于改善效果并不明显的下游区域建议增设补水点,降低水体富营养化风险。本研究可为绿水湾湿地的设计、建设与管理提供科学依据。

基于遗传程序水闸综合智能化控制系统的设计

提出了一种基于遗传程序的水闸综合智能化控制系统,旨在解决传统水闸控制系统中由于一对一布线导致的可靠性问题。研究涵盖了系统的硬件设计包括通信功能与监控界面,以及软件设计特别是利用遗传程序确定控制目标的传递函数和设计回路控制器。通过实验测试,结果显示该控制系统显著降低了元件总故障率,提高了闸门开度控制的准确性,增强了系统的可靠性。这一发现证明了遗传程序技术在智能化控制系统中的应用价值,为水闸控制系统的设计和优化提供了新的方向。

基于Copula函数的水闸变形实时风险率量化模型

变形监测数据实时反映了水闸结构性态及所受荷载的特性,若能根据水闸变形监测资料确定其失效风险概率,将得到更可靠的结果。将原位监测资料融入水闸失效概率分析中,提出一种基于Copula函数的水闸变形实时风险率量化模型,在考虑水闸各部位监测效应量差异性与关联性的基础上,将单测点变形风险率提升为多测点变形风险率,进而实现水闸整体变形风险率的实时量化分析。实例分析表明,模型实现了水闸变形实测效应量与风险率的动态转化,对水闸变形实时风险率进行了整体分析;所得结果符合水闸整体变形风险率变化的基本规律和客观事实,可有效解读工程监测信息和直观反映工程运行性状,可为水闸工程的运行管理和安全监控提供理论依据与技术支撑。

红江拦河闸消能工优化试验研究

通过新建红江闸工程水工断面模型试验,研究了闸后水流流态、流速分布等情况,针对设计方案闸下水流衔接不利、海漫跌水严重、流速过大等问题,提出取消消力墩、降低消能防冲段整体高程、调整闸门初始开度等优化措施,明显改善闸后流态,减缓出池水流流速,有效提高了闸下消能防冲能力,保障水闸运行安全。研究成果在工程中得以应用并取得预期成效,可为类似工程的设计和建设提供参考。

感潮河段江滩湿地水体交换模拟与调控措施研究

保障湿地水体交换能力对完善湿地功能,维持湿地生态系统的健康至关重要。南京绿水湾湿地是长江江滩湿地,具备多种湿地特点,动力条件复杂。以绿水湾湿地为研究对象,通过构建二维水动力―水龄耦合数学模型,模拟了现状和不同闸、泵调控措施下各区域的水动力特征及水体交换能力。结果表明:现状工况湿地内部水面覆盖率低,水体交换能力差,大部分区域水体交换时间在7 d以上,甚至是14 d以上;建闸后虽然增加了枯季的水面覆盖率,但明显减弱了湿地内水动力,延长了各区域换水周期,换水周期大于14 d的区域明显增多;补水泵站的运用整体上缩短了大部分区域的换水周期,使得水域流速大于0.010 m/s的区域面积明显增加,换水周期大于14 d的区域面积减少。建闸蓄水后,为预防藻类暴发,需控制湿地内水体的换水周期在14 d内,结合各区域水动力和水体交换特点,提出了闸门生态调度、布置净水能力较强的挺水或沉水植物、增设补水点等调度策略。

六垛南闸闸下淤积加重原因及防淤减淤策略分析

江苏灌溉总渠六垛南闸近年来闸下河道淤积明显加重,通过实测资料分析近年来灌溉总渠水沙条件变化特征及闸下淤积加重的原因,认为潮波变形引起的河口不平衡输沙是闸下淤积的根本成因,近年来上游来水减少及河口侵蚀加剧是闸下淤积加重的主要原因。进而总结了潮汐河口闸下淤积的机理和关键控制因素,并结合挡潮闸冲淤调度实践,提出了六垛南闸闸下清淤的策略和措施,认为下泄流量对闸下河道冲淤平衡起着决定性作用,水力冲淤辅助机械扰动可以大幅提升清淤效率,可作为六垛南闸清淤的常规措施。

基于MF-EI法的水闸底板脱空参数反演

为了更好地解决水工结构以损伤诊断为目标的传感器布置问题,以软基水闸为研究对象、水闸底板脱空为损伤类型,针对传统有效独立法未考虑结构损伤信息的缺陷,将模态柔度作为结构损伤敏感特征量,并引入结构的模态柔度修正有效独立法,提出基于模态柔度-有效独立法(modal flexibility-effective independent method,简称MFEI)的水闸底板脱空参数反演方法。采用模态置信准则、Fisher信息阵、条件数准则和奇异值分解比准则4种评价指标,分别对距离系数-有效独立法(distance coefficient-effective independence method,简称DC-EI)、有效独立-总位移法(effective independence-total displacement method,简称EI-TD)和MF-EI法进行评价,并将3种方法得到的布置方案应用到不同工况下软基水闸底板脱空动力学反演中,对比分析3种方法各工况脱空参数的反演结果。结果表明:MF-EI法测得的模态矩阵具有更好的正交性、可观测性和模态扩阶性,同时保留了对软基水闸底板脱空敏感的损伤信息,3种工况下的脱空参数反演识别精度分别提高至97.5%,96.1%和75.9%,是一种较为有效的水闸底板脱空参数反演方法。

水-空气耦合介质中冰载荷对闸墩的撞击影响研究

西北干寒地区长距离输水工程中河道修建的闸墩受到冰载荷撞击破坏,为确保冬季安全稳定供水,需进行冰载荷对闸墩撞击破坏力学特性研究。该文采用任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE)流固耦合(fluid structure interaction, FSI)方法模拟不同碰撞工况下冰体楔入闸墩碰撞过程,并通过对比实验,验证了冰材料模型参数和ALE算法的适用性,分析了网格尺寸对撞击力的影响。研究结果表明:计算得到冰载荷对闸墩撞击力极值与实验值具有良好的吻合性,表明该模拟所采用的冰材料模型参数、ALE算法和网格尺寸能够较准确模拟冰载荷对闸墩的作用力;闸墩损伤变形与冰排破损主要集中在碰撞接触区,接触区撞击力大小受到“水垫效应”的影响,空气介质对撞击力影响较小;不同冰厚和冰速工况下撞击力时程曲线呈现“Sawtooth”(上下波动)现象,撞击力加载-卸载时间较短;冰排楔入闸墩的过程中,撞击力极值出现在0°正碰接触区,在冰速1.2 m/s~3.0 m/s范围内,撞击力逐渐减小,在不改变冰速工况下,随着冰厚的增加,墩体结构响应越大,冰速和冰厚两种影响工况下闸墩顶端位移均为周期性振动。其仿真结果拟为西北干寒地区冰期河道中墩体结构安全提供指导。

黄河下游灌区引黄涵闸引水能力变化原因分析

黄河下游引黄涵闸受河床下切、河势变化等因素共同影响,引水条件与设计情况相比发生了变化,造成部分河段涵闸引水困难,影响农业适时灌溉和生产。为给应对引黄涵闸引水能力下降问题提供参考,基于黄河下游2000—2016年引黄涵闸引水水位和河道断面实测数据,分析引黄涵闸引水水位变化、河槽冲刷、引黄渠道淤积变化等因素对引黄涵闸引水能力产生的影响。结果表明:1)2016年黄河来水300~900 m^(3)/s时,黄河下游引黄涵闸实际引水能力仅为设计引水能力的13.63%~39.43%,引黄涵闸引水能力明显下降;2)相较2000年,2016年的引黄涵闸设计值对应黄河流量的水位,高村以上河段下降了2.95~3.35 m,高村以下河段下降了1.55~2.95 m;3)从河段河床平均冲刷厚度看,花园口—夹河滩、夹河滩—高村、高村—孙口、孙口—艾山、艾山—泺口、泺口—利津河段的冲刷厚度分别为3.88、3.06、1.84、1.88、1.88、2.02 m,河槽连续冲刷导致同流量水位明显降低,严重影响河南和山东段引黄涵闸正常引水;4)涵闸前后引、输水渠道淤积会导致引黄涵闸引水能力降低。

红江闸泄流水力特性试验研究

新建红江闸由原址两座拦河水闸合建而成,工程所在河段河势、水流条件等较为复杂,对水闸的泄流能力、水流流态、消能防冲等设计不利,需开展水工模型试验,研究水闸泄流水力特性,解决存在的水力学问题。试验结果显示,原设计水闸存在两侧闸孔进闸流态不良、泄流能力不足,闸后消力池消能不足、海漫跌水严重等问题,试验对闸室两侧进水导墙、消力池等进行优化后,有效改善了过闸流态,提升了闸后消能效果和泄流能力,确保了水闸的泄流水力条件满足设计要求。研究成果已应用于工程并达到预期目标,可为同类工程设计和建设提供参考。

基于CNN闸泵站共体式结构变形预测的全局敏感性分析

针对设计阶段传统的结构变形敏感性分析计算成本较大的问题,引入了CNN模型,预测在不同材料参数和水位条件下闸泵站共体式结构的变形,并对所建模型进行全局敏感性分析,从而大幅降低计算成本。首先通过ANSYS的PDS模块计算出200组结构变形数据,并基于这些数据构建和训练CNN结构变形预测模型,随后运用Sobol法分析设计参数对结构变形的敏感性。结果表明,闸泵站共体式结构的变形以沉降为主,在竖直方向上的位移受复合地基弹性模量的影响较大,在顺河向和横河向上的位移受上下水位影响较大,结构的最大应力受上下游水深和混凝土弹性模量影响较大。研究结果可为相关设计提供参考依据。

錾高水电站首部枢纽水工模型试验

为了验证錾高水电站泄洪冲沙闸全开和局开、无闸溢流坝溢流等不同工况的过流能力、流态、下游冲刷及防冰凌等设计的合理性,通过对錾高水电站首部枢纽进行几何比尺为1∶50的水工模型试验,并对试验结果进行分析。结果表明:泄流能力满足设计要求;泄洪冲沙闸左侧边孔进口附近易出现强吸气旋涡,消力池出口冲刷较严重;将库水位抬升至1611.42 m可有效防冰凌。该模型试验可为下阶段的工程优化设计提供依据。

复杂地质条件下南疆某水库工程枢纽布置比选探讨

笔者以南疆某水库工程为例,对复杂地形地质条件下枢纽布置方案比选进行探讨。通过分析存在的不良地质情况,考虑泄水建筑物在高水头、高流速运行下的结构安全及右岸高边坡问题,拟定了3个枢纽布置方案。从地形地质条件、枢纽布置、水力学条件、运行管理、工程施工、工程投资等方面进行比较分析,选择合理紧凑的枢纽布置方案,为类似工程提供一定的参考。

我国大中型水闸安全鉴定现状与对策建议

根据“十四五”以来水闸安全运行专项检查和现状调研资料,梳理总结了我国大中型水闸安全鉴定现状、存在问题及成因。探讨了《水闸安全鉴定管理办法》及其配套技术标准《水闸安全评价导则》存在的不足,其中部分条文依据的规范性文件和技术标准已不适应新阶段水利高质量发展要求,影响到水闸安全鉴定成效。基于此,从修订完善制度标准、加大经费保障力度、严格检查监督、积极推进水闸除险加固等方面,提出水闸安全鉴定制度和技术标准修订以及管理工作方面的对策建议。

严寒地区拱坝溢流表孔三维有限元数值模拟分析

溢流表孔作为拱坝重要的泄水建筑物,对大坝安全运行具有重要的作用。以某拱坝溢流表孔为例,该表孔地处高纬度严寒地区、结构复杂且地震烈度高,通过三维有限元法对表孔在不同工况下的静、动力应力进行计算分析,根据计算结果,对表孔结构进行配筋设计,确定受拉钢筋的布置方式及配筋量,使表孔结构钢筋布置满足承载力及正常使用要求。研究结果可为类似工程配筋设计提供参考依据。

某工程泄水建筑物泄洪雾化范围计算分析

为了减少泄洪雾化带来的工程影响和损失,笔者结合工程实例,根据理论公式对表孔溢洪洞、泄洪冲沙洞在不同水位下的雾化范围进行估算,并依据估算结果提出针对性工程设计建议。结果表明:表孔溢洪洞在校核洪水位下雾化影响范围最大;该工程的厂区虽位于强暴雨区横向影响范围以外,但处于雾流降雨区范围之内,设计时需考虑雾化对厂区电气设备带来的不利影响;出口边坡局部位于强暴雨区和雾流降雨区范围内,需对边坡进行加固处理并采取表面防护措施,确保边坡运行安全稳定。计算成果可为工程布置、设计提供理论支撑。

基于BIM和图像识别技术的水闸闸墩浇筑高度识别方法

水利工程施工进度不仅影响工程建设成本,还可能因度汛问题影响工程安全。基于BIM技术和图像识别技术提出了一种虚实结合的闸墩浇筑高度识别方法。利用BIM技术建立闸墩虚拟模型,可得到不同闸墩浇筑高度的虚拟图像数据集;采用改进后的深度学习算法Vision Transformers对闸墩浇筑高度虚拟数据集进行训练学习,得到能够识别闸墩浇筑高度的识别模型;在实验室建立闸墩真实模型,模拟不同闸墩浇筑高度,利用摄像机获取闸墩不同浇筑高度实景图像,再利用经过训练的识别模型对实景图像进行验证。结果表明,所得模型能够精准识别闸墩浇筑高度的实景图像。该方法可推广应用于水利工程主体建筑物的真实施工进度识别,也可为数字孪生水利工程建设提供支撑。

移动式水力清淤装置原型试验研究

经济高效的泥沙清淤一直是泥沙工作者追求的目标之一。前期室内试验表明近期提出的一种移动式水力清淤装置具有经济高效的清淤能力和较好的应用前景。为进一步检验其现场应用效果,本文在室内试验的基础上,进一步将该装置在陕西渭南东雷抽黄工程东雷一级站内的8#前池和进水闸外的黄河边滩进行了原型试验。结果表明:装置在两个试验点抽沙时水体均可维持较高的含沙量(平均含沙量分别可达560 kg/m^(3)和330 kg/m^(3),高于室内试验及传统吸排沙装置的结果),展示出优越的现场清淤效果。针对试验站点现存的泥沙淤积问题,提出了工程布置的优化建议,建议将前池的上中段改建为沉沙池并采用本装置实时抽沙,不仅可减少泥沙淤积继而保持泵站长期稳定运行,抽出的泥沙还可作为建筑用沙使用,兼具工程应用和泥沙资源利用的效益。