冰期明渠非恒定流阻力分析及圣维南方程优化

南水北调中线输水线路自南向北由温暖带进入半寒冷地区,受气温变化影响,将有不同程度的冰情出现,对渠道运行安全和输水效率造成不利影响。以描述一维明渠非恒定流的圣维南方程为基础,对输水线路的冰封段和冰盖段水流阻力进行了分析,进而得到针对冰期水力条件的修正圣维南方程,为冰期渠道水力学数值模拟提供了理论基础。     

长距离输水渠道超高设计研究

我国现行的工程设计规范中,对输水渠道的超高设计标准适应性不强,难以适应长距离、大流量的输水渠道超高设计。现代渠道设计中普遍采用了节制闸控制技术,水流控制过程会引起水位波动,在以往的超高设计中水流涌波考虑较少。从非恒定流角度,对渠道超高的主要影响因素进行了分析和实例计算,提出了有节制闸控制的长距离输水渠道超高设计公式和方法,可供渠道设计时参考。     

南水北调中线一期工程总干渠输水损失变化规律

为研究已建大型引调水工程运行期输水损失变化,以南水北调中线一期工程为对象,利用水量平衡原理计算得到6个典型渠段2018—2021年不同时间尺度下的输水损失变化过程,并与输水损失经验公式计算结果进行对比。结果表明：不同计算时空尺度下的渠段输水漏损流量结果差异较大,但沿程输水损失率差异较小;入渠流量规模是影响渠段输水漏损流量的主要因素,蒸发量、降雨和冰期冻融等也是造成中线总干渠输水损失时空变化的重要因素,因此仅考虑渠底渗漏损失不能有效反映中线总干渠输水损失变化过程。     

分布式水资源配置模型DTVGM-WEAR的开发及应用

构建了一个系统描述自然及人类活动作用下水循环路径的分布式水资源系统配置模型。通过将水文及其伴随过程与水资源配置过程进行"在线"或"离线"形式的耦合,基于抽象概化规则框架的规则集合进行水资源配置模拟,形成较为通用的水文-水质-水生态-水资源系统配置模型。该模型能够较好地反映不同配置规则下的水资源分配过程,实现水量、水质、水生态要求的水资源综合配置。实例证明,模型能够根据区域供用水结构特征及用水需求灵活地调整配置规则,为水资源系统合理配置提供较为可靠的模拟结果。     

南水北调中线总干渠水热环境分析

水体热量总收支的确定是水渠冰情数值模拟的关键,根据热力守恒方程建立了河渠敞流期热量收支方程。以南水北调中线汤河-惠南庄段干渠为例,通过对干渠沿线6个气象站1986~2005共20 a资料的统计分析,计算了太阳辐射水-气温差、风速等水热环境因素对典型输水渠道水体热量收支的影响。指出太阳净辐射量、气温、风速、相对湿度是明渠冬季热力学及冰情模拟必需要考虑的气象环境资料,而总云量影响相对较小。     

OPC技术及其在南水北调中线工程自动化调度系统中的应用

水量调度系统是南水北调中线工程自动化调度系统的核心组成部分,由闸站监控系统采集的水位、流量、闸门开度等监测数据反映了输水干渠水量调度控制的实时状态,是水量调度系统中控制指令生成必不可少的输入参数。因此,需要建立水量调度系统与闸站监控系统之间的数据通信。根据OPC基本原理和数据访问规范,提出了基于OPC技术的系统集成方案,即在水量调度系统中开发OPC客户端应用程序,用于实时获取闸站监控系统采集的监测数据,并将指令发送到闸站监控系统。实践表明,基于OPC技术的集成方案能够很好地实现两个应用系统之间的数据传递,降低了系统集成的成本,增强了系统的稳定性和灵活性。     

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。     

南水北调中线工程总干渠水力学 仿真模型研究

以节制闸为边界将南水北调中线总干渠分为若干子段,采用闸门过闸流量公式、能量方程、圣维南（Saint-Venant）方程组和低压管流方程分别计算闸门水位流量关系、明渠恒定流、明渠非恒定流和有压建筑物非恒定流,以此建立总干渠水力学计算模型。通过双重迭代方法对水流方程、过闸流量方程进行联合求解,以模拟总干渠运行调度动态过渡过程,以京石段2008年输水实测数据对水力学模型进行验证,结果表明模型具有良好的收敛性和较高的精度。     

长距离渠道闸门故障扰动及小影响应急调度研究

闸门控制故障是威胁长距离输水渠道正常调度运行的常见风险之一,研究闸门故障工况下渠道水力响应及快速应急调度响应措施对长距离输水渠段安全运行具有重要意义。以南水北调中线一期工程为研究对象,基于通水3 a以来的实际调度运行状况,构建闸门故障扰动一维非恒定流水力学模型,分析渠段的水力响应,并研究应对闸门故障扰动的小影响应急调度措施。计算结果表明:闸门故障扰动下的水力响应与渠道流量、渠段长度密切相关;通过调节旁侧闸门的小影响应急调度措施能尽可能减小事故闸门的影响,维持上下游渠道水位的相对稳定,且响应时间越早越有利于闸门事故控制;事故闸门开度长时间大幅度异常时,需联合临近节制闸、分水闸、退水闸共同调度才能维持渠道正常输水及安全运行。研究成果可为南水北调中线一期工程调度运行应急预案及风险管理提供参考。     

基于GIS的大型人工输水渠道供水调度管理系统

大型长距离人工输水渠道供水调度是一个非常复杂的问题。提出基于地理信息系统技术．采用线性参考系统和动态分段技术建立大型人工输水渠道空间数据库．同时与工程水量分配模型、输水调度模型、工程报警模型相结合,在GIS可视化环境中建立供水调度管理系统．实现工程供水调度管理,并以南水北调中线工程京石段临时供水调度为例进行了应用。