渠系流量主动补偿运行控制研究

南水北调中线干渠控制运行将主要采用下游常水位运行方式,但该运行方式与以需求型为主的下游运行概念相结合时,渠道系统响应和恢复特性较差。根据渠系下游实时水量需求进行流量主动补偿,同时利用渠池实时目标水位进行反馈控制,使渠系在流量主动补偿作用下实现下游常水位运行;结合渠道水力学特性建立该运行方式下的渠系运行控制数学模型,并以南水北调中线工程京石应急渠段作为典型渠系进行了计算机仿真。结果表明,采用新的运行控制方式,渠道系统获得了较好的响应和恢复特性,有效地解决了传统下游常水位运行方式与需求型运行概念兼容性差的问题。

大型输水明渠运行控制模式研究

以南水北调中线干渠为背景,研究了大型输水明渠闸前常水位运行控制模式。基于下游运行控制概念,提出了包括前馈控制、反馈控制和解耦三个环节的分布式集中控制方案。其中前馈控制采用主动蓄量补偿方法,用于消除计划分水等可预测扰动的影响,加快渠道的响应与恢复速度。反馈控制采用水位-流量串级PI反馈控制方法,用于消除非计划分水等未知扰动和测量扰动的影响。采用流量控制器降低下游方向渠池间的耦合影响。设计专门的解耦算法,降低上游方向的耦合影响。在南水北调中线京石段渠道上进行了仿真试验。模拟了计划分水和非计划分水工况下,各闸门的操作过程和相应水位流量响应过程。结果表明,所设计的控制方案能够有效减少大型输水明渠的时间滞后,快速消除已知分水扰动和未知分水扰动的影响,使闸前水位快速回复至目标值,控制过程中的水位波动满足安全限幅。

明渠调水工程闸前常水位运行控制解耦研究

解耦是降低或消除渠道运行控制过程中渠池间相互影响的必要途径。对闸前常水位运行渠道的耦合作用进行了分析,对闸门开度输出解耦(Decoupler 1和Decoupler 2)和流量输出解耦方法的结构组成、解耦原理进行了分析。结合南水北调中线京石段渠道,采用非恒定流数值仿真的方式,对2种方法的解耦效果及解耦参数的选定进行了研究。结果表明,2类解耦方法都能有效降低渠道上下游方向的耦合影响,流量输出的方法在下游方向的解耦效果更好;解耦使系统的响应特性偏向敏感;解耦系数的选取直接影响系统的响应速度与振荡程度,建议通过仿真确定。

南水北调中线工程运行特性及控制方式研究

简要介绍了国家"十一五"科技支撑计划项目"南水北调中线工程关键技术研究与应用"课题四"中线工程输水能力及冰害防治技术研究"所取得的部分水力学研究成果,包括南水北调中线工程输水模拟平台的研制、中线工程数值仿真软件开发、分水口和节制闸的水力敏感性分析、闸前常水位控制算法、穿黄工程节制闸闸前水位确定、冰期输水能力及冰期运行控制等,研究成果紧密结合中线工程的实际情况,可应用于中线工程的运行、调度与管理。

南水北调中线分水口群不同运用方式对总干渠水力控制特性的影响

分析了南水北调中线总干渠在闸前常水位运行方式下,满足分水口群用水需求的节制闸控制方式和算法,通过数值仿真,重点研究了分水口群分别采用顺序运用方式、同步运用方式及逆序运用方式时,总干渠在闸前水位偏差、水力过渡时间和闸门操作历时等水力控制指标方面的差别。研究表明,闸门操作历时在顺序运用方式下最短,逆序运用方式下最长;水力过渡时间在同步运用方式下最短,逆序运用方式下最长;而闸前水位偏差指标在三种运用方式下相同。

明渠调水工程事故段上游闸门群应急调控研究

为了保障明渠调水工程突发事故下的安全、高效运行,以流量中断事故为例,开展了事故段上游闸门群的应急调控策略及方法研究。应急调控策略包括:及早消减过剩的流量和蓄量、维持分水口的正常分水、充分利用渠道自身调蓄能力、避免渠池蓄量的反复调整等。具体提出了混合式闸前常水位+等体积运行方式,给出了切换范围的计算方法,基于流量平衡和调蓄时间估算方程,设计了两步式闸门群应急控制方法,并在南水北调中线总干渠上游30个渠池591 km渠道使用一维明渠非恒定流仿真模型进行了测试。结果表明,运用所提出的应急调控策略和两步式闸门群应急调控技术,无论渠道采用传统的单一式闸前常水位运行方式,还是采用新提出的混合式"闸前常水位+等体积"运行方式,均能取得安全高效的应急调控效果。相较而言,采用新型混合式运行方式可有效降低应急调控过程中的蓄量变化,加快过渡过程,案例中在闸门操作次数相当的条件下,过渡时间缩短约50%。

长距离明渠调水工程蓄量动态调节控制算法研究

本文阐明了明渠渠池蓄量与节制闸闸前水位之间的单值对应关系,在此基础上提出一套通过动态调节渠池蓄量,实现闸前常水位运行的控制算法。该算法基于流量平衡和蓄量平衡关系推导,前馈控制与反馈控制相结合。前馈控制根据分水口计划主动调节各渠池蓄量,起粗调作用;反馈控制针对前馈控制过程出现的水位偏差,通过动态调节各渠池蓄量实时校正,起细调作用。该算法具有原理简单,参数率定简便,控制规则灵活,实用性强等特点。算法在南水北调东线工程胶东段渠道进行了仿真测试,模拟环境包含水位死区和闸门运动死区。结果表明,所提算法能够有效克服长距离明渠水力滞后的影响,及时有效消除各渠池闸前水位偏差,将水位波动限定在安全范围内。

龙口下游水深对截流难度的影响

葛洲坝和三峡水利枢纽工程,其截流水力学指标在当时国内甚至国际截流史上都是前所未有的,认为这与龙口下游较大的水深有关。试验研究结果显示,龙口下游水深ht与龙口上下游落差z有密切关系,ht的增大可使相对落差z/ht明显减小,z/ht的减小有利于抛料在戗堤前沿冲刷面的稳定;同时,龙口下游水深的增加,能有效降低河槽底部流速和垂线平均流速,而抛石重量对流速的变化非常敏感,流速的降低,可使抛石重量大大降低,从而降低截流难度。

鱼类下行过坝相关工程措施综述

为保护洄游性鱼类,各国在修建大坝和堤堰的同时,根据工程的特点及鱼类保护的需求修建了各种类型的过鱼设施。首先简要介绍了鱼类下行过坝的一些途径,如:溢洪道、水轮机、鱼道、集运鱼系统、船闸等。其次,详细介绍了国外目前关于鱼类下行研究的一些新技术,如:水表面集鱼技术、全水深集鱼技术、下行旁路、集运鱼系统、鱼类友好型水轮机以及相关辅助技术等。最后针对我国的下行过鱼工程需求,指出应广泛借鉴国外先进经验,特别关注国外集鱼导鱼技术,加强我国鱼类下行过程的基础研究,以期实现我国鱼类下行过坝技术的突破。

下辽河平原区剪切波速与土层埋深关系分析

土体剪切波速是岩土工程勘察和地震安全性评价应用最广的参量之一。依据下辽河平原区大量的钻孔实测剪切波速数据,探讨了不同土类剪切波速与埋深间的关系:通过最小二乘法分别采用线性模型、指数模型和一元二次多项式模型建立了按土性分类的土体剪切波速与埋深间的统计公式,以拟合优度为评价指标进行对比选择,并与《构筑物抗震设计规范》的经验公式及工程场地实测结果进行了对比。结果表明:所推荐的剪切波速与埋深间的统计公式优于规范的经验公式;采用推荐公式与实测结果进行了土层地震反应分析对比,结果表明,两者计算结果差别不大,均可用于下辽河平原区一般建筑的工程勘察与地震安全评价。

干旱区内陆河流域荒漠河岸林群落生态过程与水文机制研究

干旱区内陆河流域生态水文过程研究已成为当今地理学、生态学研究的焦点,是开展生态恢复研究的重要内容。塔里木河下游断流河道的生态恢复是以沿自然河道生态输水为主要形式的,因此,有必要加深对塔里木河下游荒漠河岸林群落生态过程与水文机制的认识。在对塔里木河下游荒漠河岸林植被生态退化及其退化原因分析的基础上,综述了塔里木河下游典型植物生态水位的研究进展,阐述了植物适宜生态水位、胁迫地下水位和临界地下水位研究的阶段性成果,并进一步展望了未来研究的焦点问题。指出了群落生态水位、植被群落与土壤水分、盐分异质性的关系,提出植物水分利用机制是群落生态过程与水文机制研究的核心问题。

渠道下游常水深运行非恒定流数值模拟研究

为了研究闸门调控下的梯形渠段非恒定流过渡过程,在下游常水深运行条件下,采用矩形网格特征线法,对渠段上游来水量变化和渠段上游闸门在不同线性调节方式下引起的非恒定流过渡过程进行了数值模拟,研究了渠段上游来水量变化时下游流量、上游水深变化过程,探讨了渠段上游闸门在不同线性调节方式下上、下游流量和上游水深的变化过程。结果表明,当上游来水量变化时,下游流量和上游水深经历一段时间都趋于稳定,且流量变幅越大,趋于稳定的时间也越长。闸门按线性函数式调节开度后,闸门过流流量、上游水深基本按线性规律变化,而后基本维持稳定不变。

立堵截流规律再探讨

本文从龙口下游水力条件出发，探讨下游水深、河床糙率以及抛料堆积体对立堵规律的影响。最后又介绍了龙口平均流速的理论计算方法。

渠系蓄量补偿下游常水位运行方式研究

把蓄量补偿原理应用到常规下游常水位运行方式中,根据已知的初始和最终需求流量之间的蓄量变化,以及对水流传播到渠道下游所需时间的估计,来安排各渠段入流的变化过程,并把该流量变化过程作为控制器的前馈输入,同时利用渠段实时目标水位进行反馈控制,使渠系在蓄量补偿作用下实现了下游常水位运行.结合渠道运行控制系统的基本结构,建立了该运行方式下的长距离输水渠系运行控制仿真模型.通过对实际工程进行仿真计算,结果表明,蓄量补偿下游常水位运行方式无论在渠道运行控制性能指标上,还是渠道的响应时间上,都明显优于常规下游常水位运行方式及流量主动补偿下游常水位运行方式.

两种运行方式下灌溉渠道的非恒定流数值模拟

为了保证灌溉渠道运行安全、合理调配水量,研究单一渠段的非恒定流过渡过程对促进灌溉管理水平是十分必要的。通过考虑灌溉渠道的不同运行方式以及节制闸的不同调控等综合影响,按照灌区常用的渠段上游常水深运行和下游常水深运行2种运行方式,应用渠道非恒定流数值模拟的特征线法及矩形网格计算格式,对梯形断面渠段由于不同闸门调控方式所引起的非恒定流过渡进行模拟,比较2种运行方式以及预报出各级节制闸调闸时间提前量,全面地反映系统动态并且较明确地模拟闸门调节过程。

基于渠池蓄量平衡的闸前变目标水位算法

为了改善渠系下游常水位运行控制方式调节过程蓄量变化剧烈、增大水源供水压力的问题,保证渠系控制的安全、高效,提出了一种基于渠池蓄量平衡的闸前变目标水位的算法,该算法在蓄量变动小时采用下游常水位控制,蓄量变化超过阈值采用考虑约束条件的控制蓄量法.并以Matlab仿真验证法对南水北调中线输水渠道建立多渠段串联控制模型,分析比较控制效果.结果表明:基于渠池蓄量平衡的闸前变目标水位的算法运用效果良好,可实现下游常水位和控制蓄量运行方式的灵活、平稳转换;各渠池蓄量调节量显著减少,基本可以实现蓄量平衡,减小了对上游的需水压力;与下游常水位运行方式相比,其控制过程水位波动平缓闸门流量过程震荡较小,有效减小了闸门超调和回调操作,稳定时间有所延长但在总体调控过程中更为平稳.

宽尾墩消能技术的工程应用条件探讨

宽尾墩消能技术已先后在多个水利水电工程中得到应用。为了明确其工程应用条件,对现有方法进行了总结,并根据几个已建典型工程初步设计资料的运行工况参数,结合其脉动压强均方根试验测试资料,对这些方法合理性进行了分析,结果表明这些应用条件不够准确;结合流能比k和下游水深比α两个无量纲参数物理意义,对2个参数计算公式进行了调整,得到了典型工程新的无量纲参数曲线分布规律,并确定了一条宽尾墩消能技术工程应用的标准曲线α=6.5k+0.2,若某工程流能比k和下游水深比α两个无量纲参数的分布曲线在标准曲线之上,则宽尾墩消能技术就可应用,否则就不能。

当卡水电站泄水闸下游主河道局部冲刷坑深度计算方法

为准确评价当卡水电站泄水闸下泄水流冲刷形成的局部冲刷坑深度问题,针对泄水闸结构、下泄水流特点及主河道地质条件制作了泄水闸下泄冲刷水工模型并做了试验,根据5种放水工况时泄水闸下泄冲刷时的有关参数,首先选择已有的较为成熟的6个冲刷坑深度计算公式计算了主河道处局部冲刷坑深度,结果发现计算值与实测值相差较大,不能满足实际需要。为此,根据水工模型试验结果,推求出了适合于该处的冲刷坑深度计算公式,与水工模型试验实测数据相比,新推求的局部冲刷坑计算公式计算值与实测值吻合较好。

不求导加速迭代法在消力池深度计算中的应用

消力池深度计算是底流消能工消能防冲计算的重要内容之一,出池河床无水状态在泄水建筑物运行之前实际存在。为了解决消力池深度计算的困难,构造池深差方程,介绍了不求导加速迭代法(弦截法)计算收缩断面水深的步骤,进而求得消力池深度。结果表明:消力池深度计算值最大对应的下游水深为ht=φ^(’-2/3)h_(k)。研究成果对消力池设计具有重要意义。

水位变动对三峡升船机船厢下游对接运行操作的影响

三峡升船机下游引航道具有水位波动大、变化快的特点。为减少水位变动对三峡升船机船厢下游对接运行操作的影响,采用最小二乘拟合的方法,建立船厢下游对接时船厢水深、船厢与下游偏差拟合数学表达式,得出结论:船厢下游对接时船厢水深、船厢与下游偏差是线性对应的。根据三峡升船机现阶段运行操作现状,结合船厢水深、船厢与下游偏差变化,提出船厢下游对接不同时段的运行操作应对策略,为三峡升船机运行操作提供经验。