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。

南水北调中线工程交叉河流防洪“四预”应用

为满足南水北调中线工程典型交叉河流防洪管理需求,确保中线工程防洪安全,构建索河交叉河流数据底板,以及洪水预报、洪水演进、风险分析等模型,结合2022和2023年汛期典型降雨洪水对模型参数进行率定,基于2021年郑州“7·20”暴雨对现状索河交叉河流进行预演分析,结果表明索河渡槽槽身存在阻水风险,中线工程安全风险较大。通过对防洪“四预”应用深入研究,实现南水北调中线工程交叉河流降水—产流—汇流—演进的全过程模拟,研究成果可进一步提升南水北调中线工程防灾减灾能力,为沿线交叉河流防洪应用提供参考。

引江补汉工程段中分层减压控制闸布置与体型研究

引江补汉工程段中控制方案将控制闸设置在164 km处,以避免局部段内压过高的问题,主要从水动力特性的角度论证洞线总体布置及控制闸布置与体型的合理性。采用一、三维数学模型与物理模型相结合的复合模型开展相关研究:一维水锤数学模型用于闸门启闭过程的全线水力过渡过程分析,通过优化计算,得到相对较优的闸门启闭过程,同时为控制闸段的三维数模与物理模型提供边界条件;三维水气两相流数学模型与物理模型模拟分析闸室与调流池流态与水面波动、中孔溢流面压力分布等水力指标,同时为一维数学模型提供控制闸泄流能力曲线。结果表明:当控制中孔弧形门以先慢后快的三阶段变速率过程开启时,可将全线的最大水锤压力压值在规程允许范围内;中孔溢流面压力分布正常,调流池内水体消能充分,下有压洞进口前沿水面波动较小,未见吸气旋涡等不利流态。引江补汉工程工程采用段中分层减压控制的总体方案是可行的,控制闸布置与体型合理,研究方法可供类似工程参考。

三峡工程运用后长江中下游河道冲刷特征及其影响

三峡及其上游干支流梯级水库建成运用后,大坝下游“清水下泄”引起了长江中下游河道发生长时间、长距离的冲刷。2001-2021年期间宜昌至长江口已累计冲刷了50.3亿m^(3),需厘清河道冲刷对河势、防洪、航运等方面产生影响。分析表明:三峡工程运用后,长江中下游河势总体稳定,弯道段出现切滩撇弯、汊道段出现塞支强干等现象;河道槽蓄量的持续增加,进一步增大了河道调蓄和行洪能力,但水流顶冲点的变化和近岸河床的冲刷下切,使得河道崩岸频发,并影响河势稳定和防洪安全;在河道冲刷、河势控制与航道工程综合作用下,长江中下游航道条件总体得到改善,但河道不均衡冲刷使得坝下游砂卵石河段出现“坡陡流急”,沙质河段出现洲滩散乱、航槽移位等现象,影响航道条件;同流量下枯水位呈下降态势,逢极枯年份影响长江中下游用水安全;江湖关系发生新变化,“三口”分流道由原淤积转为冲刷,两湖湖区水位不同程度的降低,枯水位出现时间有所提前,不利于湖区水资源和生态环境的安全与可持续发展;三峡工程实施枯水期补水调度和“压咸潮”调度以及长江口北支淤积减缓,对于遏制长江口咸潮入侵有利,入海泥沙显著减少引起长江口近岸河床冲刷,影响沿岸码头的安全运行。

三峡工程运用后长江中下游冲淤变化

三峡工程建成运用后,改变了水库下游河道的水沙条件,坝下游河道水流输沙能力处于不饱和状态,河道将发生沿程冲刷,并可能引起河势的调整,进而可能对防洪产生一定影响。为此,采用数学模型计算与实测资料分析的手段进行了三峡工程建成后长江中下游江湖水沙变化及河道冲淤演变及其对防洪影响的初步研究。结果表明,三峡工程蓄水运用后,长江中下游河道发生大量冲刷,同流量水位降低。各河段冲刷量达到最大时,荆江河段河床平均冲深约2.0~5.3 m,槽蓄量约增加13亿m3,城陵矶至武汉河段河床平均冲深约2.5 m,槽蓄量约增加8.5亿m3;由于干流河床冲刷,荆江三口分流分沙减少,洞庭湖湖区淤积减缓,增加调蓄量约23.8亿m3;水沙过程改变、河床冲刷及局部河势调整对河道稳定及堤防、护岸工程的安全会带来一定影响,需采取相应的对策措施。

1954年型洪水淮河中游防洪工程联合调度研究

建立了淮河中游洪河口至浮山段一、二维耦合水动力数学模型,采用实测洪水过程对模型进行验证,验证结果表明,模型具有较高的精度。基于水动力数学模型,在现状工况条件下,对1954年型洪水进行了调度模拟分析,研究了临淮岗洪水控制工程、行蓄洪区与分洪河道等防洪工程联合调度运用效果。计算结果表明,对于1954年型洪水,淮河干流行蓄洪区全部启用,不启用临淮岗工程,蚌埠以上大部分河段水位超保证水位,蚌埠以下河段水位低于保证水位。启用临淮岗工程,可以减轻下游的防洪压力,减少行洪区启用数量,减少行蓄洪区淹没面积,同时也增加了上游蓄洪区和部分河段的淹没水深和高水位历时。综合全河段分析,启用临淮岗工程,干流大部分河段水位较低,行蓄洪区淹没面积减少,防洪效果较优。

大型输水渠道闸前常水位的研究

南水北调中线输水渠道中,针对同时操作闸门是否仍能维持闸前水位为常值,模拟计算了同时改变渠首流量、闸门开度和分水口流量时渠道中的非恒定过渡过程。结果显示,中线主干渠中所有闸门开度不论是同时增加还是减小,渠道中的水流均需要很长时间才能达到新的恒定状态,且闸门开度减小比闸门开度增大所需的过渡时间要长很多。非恒定过渡过程中,闸前水位的变化幅度都较大,各闸前水位最终都能回复到初始时刻的水位。由于非恒定过渡过程时间很长,实际运行条件下,要实现闸前常水位运行方式还需要对闸门的调度方式做更多的研究。

南水北调中线工程源头区水土流失及其治理——南阳市汉水流域研究

对南水北调中线工程源头区——河南南阳市汉水流域水土流失的现状、成因、危害进行了分析 ,在此基础上 ,讨论了治理水土流失的对策措施。研究认为 ,严重的水土流失将对南水北调中线工程产生影响 ,其形成既有自然原因 ,更有移民返迁、人口负荷过大等人为原因 ,应通过行政、经济。

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。

三峡水库建成后长江中下游防洪战略思考

三峡水库建成后,长江中下游防洪形势显著改善,但由于经济社会发展,防洪要求的提高和江湖关系的变化,长江防洪形势发生了一些新的变化。以1954年和1998年典型大洪水为例,分析了三峡水库建成后长江中下游防洪形势出现的新变化,讨论了长江中下游蓄滞洪空间格局调整及江湖关系变化对于防洪的影响。根据长江水沙变化、河道演变、水库群调控和分蓄洪区使用几率变化等出现的新问题,提出未来防洪战略及对策。结果表明:三峡建成后,百年一遇以下洪水防御形势明显好转,而百年一遇以上特大防洪的防洪形势仍然严峻,洪水风险主要转移到水库群上;今后需要在加强蓄滞洪区建设的基础上,重点推动防洪非工程措施建设,以减轻特大洪水带来的灾害损失。

南水北调中线穿黄工程对河势与防洪影响的试验研究

穿黄倒虹吸工程是南水北调中线的关键性和控制性工程,而工程所在河段又是典型的游荡性河道,河床演变情 况极其复杂,因此研究工程对河道的影响具有重要意义。通过实体模型试验,对工程修建后对所在河段河势与防洪的 影响进行了分析研究,为工程设计提供了科学依据。

汛期降雨对南水北调中线干线京石段工程渠道水位影响

为了给南水北调中线工程实现全线通水后的汛期调度提供技术支撑和经验借鉴,基于2008年-2013年底南水北调中线干线京石段工程已经完成的四次向北京输水任务的相关资料,分析了通水过程中降雨对渠道水位的影响,结果表明在试运行期间汛期降雨多以小雨为主,渠道内水位普遍上涨20~30mm,当渠道内发生中到大雨时,渠道内的水位一般上涨80~100mm;结果表明4次通水过程由于没有特大暴雨,水位上涨幅度较小,对渠道安全没有影响;并基于河北省中小流域设计暴雨洪水图集,探讨了不同重现期暴雨对渠道水位的影响规律,给出了不同重新重现期条件下的控制水位。

2016洪水^+长江中下游防洪与治河问题再探

基于2016—2019年长江防汛与河道查勘新实践、长江中下游洪水与河势的新变化与新形势,以及以往研究基础与成果,总结提出了2016洪水^+长江中下游防洪与治河10大新问题,即流域水沙变化、河流情势变化、水文节律改变、河道洲滩演变、干流槽蓄变化、江湖关系影响、水位流量关系、防洪布局调整、河湖治理技术,以及河流管护研究。采用“原因Ⅰ-响应Ⅱ-影响Ⅲ-对策Ⅳ”4级体系,对10大新问题进行了体系分类、关系构建、课题分解与研究探讨,构建了“之字形层次驱动”和“田字形关联影响”2组关系。研究增进了三峡工程对长江中下游洪水与河势影响的辨识,强化了对变化条件下长江中下游防洪与治河问题的“层次化”与“系统化”梳理。

“天赐神佑”:乾隆十三年钱塘江“潮归中门”的过程及其政治意义

乾隆初的两浙塘工是雍正末计划的延续,被冲边滩自然恢复导致北岸涨沙不断。督抚却奏请改柴塘为鱼鳞大石塘,被刘统勋叫停,刘查后却建议循序渐进改建。新抚常安反对而得罪诸臣,新督那苏图决定以间接护岸工程为主并准备重开中小门引河。为官艺术高超的那苏图、刘统勋没有完全停止塘工是因为深知地方视塘工为利薮,不能彻底断了别人念想。中小门引河成功带有很大偶然性,成为当年皇帝眼中的一抹亮色,方观承被速擢为直隶总督,他与同年被构陷而惨死的常安形成鲜明对比,典型的自然因素造英雄。塘工决策和建设就这样与政治因素、人物斗争糅合,边滩与河口变化的动力机制却成为理解海塘工程自然与人文因素复杂交织的重要一极。

南水北调中线工程穿黄隧洞施工控制测量技术

穿黄隧洞工程是南水北调中线的关键性工程,该工程采用双洞平行布置,盾构机单向掘进施工。介绍了穿黄隧洞工程地面控制网测量、竖井联系测量、隧洞内精密导线测量等施工控制测量方案,对贯通误差进行了分析研究,并在控制测量和检测过程中采用了一系列有效措施,从而保证了掘进精度在施工设计允许范围内,实际贯通误差约2 cm。

南水北调中线控制闸在渠道蓄水平压中的运用研究

南水北调中线总干渠运行期局部高地下水水位段,受地下水水位抬升顶托影响,极易发生渠道衬砌面板隆起失稳破坏。为保证工程安全,在实施工程措施解决问题之前可临时采取调度措施,通过一定限度内抬升渠道运行水位实施蓄水平压,以尽可能减小衬砌面板顶托破坏。结合河南方城高地下水水位段渠道运行水位抬升过程中脱脚河倒虹吸出口控制闸的启用,对控制闸启用的工况条件、操作策略、调度方案以及保障措施等进行了研究,其研究成果对今后控制闸的启用和在渠道蓄水平压中的运用具有指导作用。

南水北调中线工程输水调度初始控制策略研究

南水北调中线工程输水干线由61个节制闸控制水流。根据各渠段内进出流量及渠道内初末状态体积的变化,可以将调度过程中各渠道的流量体积变化归纳为关闭充水、关闭泄水、开启充水、开启泄水4种情况。根据这4种运行情况,分别制定相应的控制策略,确定各节制闸流量调整的起始、结束时刻,最终得出了南水北调中线工程输水调度初始控制策略,满足渠道安全运行要求。

日本中小河流风险区域图制作方法

基于日本2005年针对中小河流制定的洪水淹没风险区域图制作指南,对日本中小河流洪水淹没区域风险图的制作进行了较详细的介绍,其中归纳了其所需资料、洪水淹没分析方法和淹没区域风险区域图的具体制作,对我国山区河流洪水风险区域图编制具有重要的借鉴意义。

突发污染应急调控处置启动判别技术:以南水北调中线工程为例

针对突发水污染灾害的特点,把应急处置工程决策纳入应急预警范畴,构建了拓展后的应急预警新框架,为应急处置小组等利益相关者提供系统化的信息支持。综合考虑污染物水溶性、挥发性、持久性和污染性等污染物自身属性及污染发生季节、发生位置和迁移特征等水环境属性,进行污染威胁度评估;进一步结合事故现场及河道沿岸等工况条件生成应急调控处置工程的启动准则。在南水北调中线工程"放水河节制闸-蒲阳河节制闸"典型渠段,以甲苯运输泄漏为事故情景,依托调水工程实际参数和实地调控处置设施,进行案例分析。该预警模式(突发污染应急调控启动判别模型)链接了污染输移、水力调控措施与应急调控处置措施,在传统以水质预测为主的污染预警基础上向减灾过程推进了一步,提供了更为完整的预警信息和决策建议。

南水北调中线穿黄工程河道束窄方案试验研究

穿黄工程是南水北调中线总干渠与黄河的交叉建筑物，工程采用双隧洞并排穿过黄河，由于该河段是黄河由峡谷进入冲积性平原的过渡性河段，为典型的游荡性河道，河谷宽度达7～8km，最宽处可达11km，在穿黄工程线路处，河谷宽7．5km，河道南岸为邙山山岗，岸坡陡峭，主槽近岸，各种水流条件下主流较稳定，而北岸是宽阔的河滩地，因此，为缩短隧洞长度提供了有利条件。通过实体模型试验，对不同河道束窄方案在不同水沙条件下，对工程河段河势与防洪的影响进行了分析研究，提出了合理的束窄宽度，为工程设计部门提供了科学依据。