基于最小水耗的梯级水电站联合发电模型研究

提出了以水耗量最小化的梯级水电站联合发电优化模型。结合水库水体能量形式,针对大型水库的自然形状和蓄水特性,分析了水库水体分布及其对压力引水管入口处的力学作用形式,建立了基于水库水体分级的水库能源产生模型。研究了水库水流在压力引水管的输移过程,建立了水体微元所含动能、势能、压能的转化模型,研究水电机组输出功率形成机理与数学表式。重点研究了在给定的负荷下耗水量及其优化方式。最后以红水河流域梯级水电站为实例,进行了仿真计算,仿真结果表明:该模型能正确、有效地指导水电站充分利用水资源,提高梯级水电站群联合发电效益。     

水电站水力发电模型

为了充分挖掘水电站发电机组发电潜力,提高水能利用效率,把水库水体分成长方形水体、梯形水体、长方形水体及三角形水体四级,对压力引水管水体微元进行受力分析,探讨水电能量转换规律,应用能量守恒定律建立了水电站发电模型,该发电模型由水体动能、势能、水深压能和水库能构成.应用于某梯级水电站的仿真结果表明,针对不同调节性能的水库,该模型都能不同程度地提高水电机组发电出力.     

大型水库分层取水方式对下游河道鱼类生态环境影响研究

文章结合水温数值模型,对辽宁西部某大型水库分层取水方式下的下泄水温进行分析。结果表明:相比于传统单层取水方式,采用分层取水方式后,水库下泄水体和天然水体温差可有效降低-0. 3～1. 5℃,并可缩短低温水体恢复距离,更利于下游河道鱼类的生态环境。研究成果对于水库生态调度措施具有参考价值。     

气候变暖趋势下龙羊峡水库水温结构模拟研究

在气候变暖与高海拔水库建设运行的共同作用下,区域性气候环境对河道水温的年内变化作用明显。以黄河上游多年调节水库龙羊峡水库为研究对象,在入库水温与气温相关性分析的基础上,采取原型观测方法研究坝前水温变化与天然河道水温和气温变化的相关性,通过建立三维水温模型对库区水温结构的季节性变化进行模拟。结果表明:坝前水温的年内变化滞后于气温的,龙羊峡水库的兴建改变了库区水体的热量分配,6—9月水库表层水体吸收了大量热量,和底层水体之间存在较大的温度梯度并形成温度分层,10月至次年3月上下层水体水温近乎等温状态;龙羊峡水库地处高寒地区,在蓄水期形成水温分层时,除在气温最高的月份形成较大斜温层梯度外,没有形成明显温跃层。     

糯扎渡水电站水库坝前垂向水温预测与实测数据对比分析

糯扎渡水电站水库总库容237.03亿m~3,蓄水后形成澜沧江流域最大水库,使上下游水体水温较天然河道发生改变。根据环评批复要求,糯扎渡水电在建设期通过电站进水口分层取水研究,预测了水库水温结构和分布,在电站投运后开展了水库垂向水温的持续监测,验证了水库水温数值预测结果。对比分析了水库坝前垂向水温预测与实测数据,为进一步修订和完善电站进水口分层取水叠梁门运行调度方式奠定了基础。     

汤村水库水温时空分布特征

水库水温分层影响下游鱼类等的繁殖和农业灌溉作物的生长。采用EFDC模型,建立三维水动力模型,模拟汤村水库水温特性,分析水库水温时空分布特征。结果表明:汤村水库从水面到水面下12 m水温随气温变化而变化,库表水温在1.0~28.5℃之间变动,8月水库水温最高;水体水温随水体深度增加而下降,且沿水深方向下降梯度逐渐变小,1月水库表层水温与中下层水温基本一致;河道水温在坝址下游约3 000 m处恢复至天然河道水温,水库下泄水体温度对天然河道影响较小。     

水库水温垂向分层模型及黑河水库水温预测

水库水温垂向分层模型将水库水体离散为具有一定厚度的水平层次，同一层内水体充分混合，水温相同，在此基础上考虑太阳辐射、出入水流、垂向扩散及密度对流等因素，根据质量、热量平衡原理计算各层水温。对黑河水库水温结构的预测表明，水温的垂向分布与径流过程和水库运行方式关系密切。建议水库设置活动分层取水设施，并在泄水方式上适当考虑对温跃层的破坏和对农灌水质的影响。     

温度分层水库中泥沙间层流形成条件研究

水库的垂向温度分层会影响入流水体在水库内的运动形态,挟沙水流进入温度分层水库后,在一定条件下能够沿水平方向侵入环境水体中形成泥沙间层流运动。该文通过水槽试验模拟了泥沙间层流运动,探讨了水库泥沙间层流的形成条件。研究表明,含沙量较少且所含泥沙颗粒的粒径较小时,挟沙水流才能在温度分层水库中形成泥沙间层流。     

岩溶区峡谷型水库水体理化特征及其成因探究——以光照水库为例

为探明岩溶区新建峡谷型水库的水体理化特征与成因,于2016年9月选取北盘江中游光照水库,应用Spearman相关分析法对温度(T)、电导率(EC)、总溶解固体物质(TDS)、pH及氧化还原电位(ORP)等水质参数进行了分析。结果表明:水体出现热分层,依次可划分为表层温跃层(0~10 m)、中层斜温层(10~50 m)和底层滞温层(50 m以下);水体pH在7.8~8.1之间,呈弱碱性;受水动力条件影响,ORP在沿流程方向各深度水体表现出明显的递减规律,其垂直方向上的分层不明显;TDS与电导率受水温的控制,均表现出较好的分层现象。研究发现,水库水质参数受太阳辐射、异重流、生物光合作用、有机质矿化降解等的控制,其中生物作用扮演着相当重要的角色。     

机械系统特性分析中管道水体弹 性模型研究综述

综述国内外在水力-机械系统特性分析中常用的基于泰勒展开的多种形式压力管道内水体的弹性模型,以及近几年研究的最新进展。针对具体算例,结合压力管道内水体的精确模型分析其他各模型的特点和应用条件。分析表明,基于变分理论和Ritz-Galerkin近似法得到的压力管道内水体的弹性模型形式易于解耦、便于应用,能够直观地描述压力管道内水体的高阶水力特性。提出有待进一步研究和分析的主要问题。     

上沟水利枢纽挡水坝抗滑稳定分析

使用ANSYS软件建立了上沟水利枢纽挡水坝有限元模型,考虑水压力、扬压力、泥沙压力的影响,得出坝体的位移图和应力图,继而计算出坝体的抗滑稳定安全系数。分析结果表明,该混凝土重力坝能够满足正常工况和特殊组合下的稳定性要求。     

基于OpenSees的二维黏弹性边界单元开发及应用

基于有限元开源软件OpenSees开发了二维黏弹性边界单元VS2D2Bar,采用数值算例验证了该二维黏弹性边界单元在程序实现上的正确性,并将其应用于重力坝地震响应分析。重力坝算例分析结果表明:与固定边界无质量地基模型相比,采用黏弹性边界单元分析得到的坝体动力响应峰值大幅度减小,在重力坝的地震响应分析中必须考虑无限地基辐射阻尼效应的影响;OpenSees适用于重力坝地震响应分析,编程开发和调试工作量较小,易于在复杂水工结构的静动力分析研究中推广应用。     

特高重力坝考虑高压水劈裂影响的初步研究

本文设计了混凝土试件高压水劈裂模拟试验，可近似模拟无拉、压应力作用下混凝土结构的水力劈裂问题。用试验结果和断裂力学分析校正了有限元分析程序。通过对比分析和有限元计算，研究了大狄克逊重力坝(坝高285m)和假定的坝高216.5m重力坝考虑高压水劈裂的安全问题，结果表明，200m以上的特高重力坝除按无拉应力和抗滑稳定准则设计外，还应考虑高压水的劈裂影响。     

重力坝坝体—库水相互作用的振动台试验研究

结合某重力坝工程,进行了坝体—库水动力相互作用的振动台动力模型试验,研究库水对大坝自振频率及坝面动水压力的影响,同时辅以数值计算,将目前工程上应用广泛的韦斯特伽德库水附加质量模型以及库水有限元模型的计算结果与模型试验成果进行比较。结果表明,库水有限元附加质量模型能更好模拟库水对坝体动力特性和地震动力反应的影响,而韦斯特伽德库水附加质量模型夸大了库水的动力影响,建议在适当折减的基础上采用。     

混凝土重力坝变形博弈监控模型研究

传统的重力坝安全监控模型考虑了水压、温度及时效等外荷载的作用,尚不能反映出大坝材料与结构特性的影响。基于博弈思想,提出大坝变形的博弈参与者,研究分析了大坝变形与大坝材料、大坝结构特性等抗因素的关系,构建了大坝安全监控博弈模型的具体表达式。工程实例分析表明,本文所提出的博弈模型能够更好地模拟大坝的变形过程。     

Application of direct computing of one-way coupling technique in seismic analysis of concrete gravity dam

A dam-reservoir system subjected to an earthquake is a nonlinear system,because the fluid equations are always nonlinear regardless of the linear or nonlinear model used for the dam body.Therefore,transient analysis is necessary.In this study,dam-reservoir interaction during earthquake excitation was modeled by utilizing coupled finite element equations based on the Eulerian approach.Direct computing of the one-way coupling technique was used to solve the coupled equations.This technique is based on a simple assumption that the fluid hydrodynamic pressure is applied to the dam body while the deformation of the dam has no influence on the water field.Seismic response analysis of the Sonla concrete gravity dam constructed in Sonla Province,Vietnam was carried out as a verification example.The results of the methodology introduced are in close agreement with results of the iterative method and the solution procedure is found to be less time-consuming than that of the iterative method.This method is very convenient and can be easily implemented in fmite element programs with fluid-structure interaction modules.     

三峡大坝14号坝段坝体应力应变分析及预测

为了解三峡左岸大坝应力应变的工作性态及变化趋势,选择大坝的14号关键坝段对坝体的应力应变进行分析.分析表明,坝体应力应变在设计的混凝土标号的抗压、抗拉强度范围内,其分布及变化符合重力坝一般规律,工作性态正常;预测数学模型的定量分解结果认为,影响坝体垂直向应变的主要因素是坝体自重,其次是水位,时效及温度对坝体影响较小.水库蓄水抬高到155.5m,175 m时,预测坝体应力应变均在设计的混凝土标号的抗压、抗拉强度范围内,工作性态正常.     

基于坝基塑性损伤的重力坝极限抗震能力研究

目前关于重力坝的研究大多仅考虑坝体的损伤破坏,而将坝基设为线弹性材料,这可能导致大坝震害情况与实际不符,而考虑坝基塑性损伤能明显减轻重力坝坝体损伤程度,可以更加真实的模拟出大坝的抗震承载能力。本文基于塑性损伤力学理论,以我国西南某拟建重力坝为研究对象,建立了考虑坝体-坝基整体塑性损伤的三维有限元动力计算模型,并对模型的正确性进行了验证。采用时程分析法分析了该重力坝在不同地震强度下的震损情况,并以坝体裂缝贯通上下游为失稳判别标准对该坝的极限抗震能力进行了评价。结果表明：当地震动强度为0.5g时,下游折坡处损伤区域贯通上游,此时重力坝上部坝体可视为脱离块体,重力坝产生失稳,因此可以判定该重力坝的极限抗震能力为0.5g。     

基于Marc的混凝土坝与坝基渗透系数反演

利用通用的商业有限元软件Marc与Fortran语言的接口，并运用Marc的“死活单元”技术和网格加密技术，编制了混凝土坝渗流场的正分析程序．在此基础上，利用某混凝土宽缝重力坝的坝基扬压力测压管的水位观测资料，采用改进的遗传算法进化反演混凝土坝与坝基的渗透系数．算例表明，采用遗传算法-Marc反演混凝土坝的渗透系数是可行的，且计算效率较传统计算方法要高．     

强地震作用下混凝土重力坝响应特性分析

研究了混凝土重力坝在高强度地震作用下的响应特性,分析了在地震峰值加速度不断增加时坝体屈服区域的发展方向。针对两个典型坝段,运用混凝土塑性损伤模型模拟了其结构的非线性特性。考虑了地震情况下动水压力的作用,通过动力有限元时程分析法计算了不同地震条件下两个坝段的动态响应。计算结果表明:当地震加速度较小时,重力坝只在坝踵区域出现小部分屈服,坝体能正常工作。若提高地震烈度,则局部损伤会纵深发展到达灌浆廊道部位,坝体会形成贯穿上下游的屈服区域并逐渐扩大致使结构失去稳定性。经两个坝段计算结果相互比较,得到了混凝土重力坝在强震作用下的非线性破坏形式,较为真实地反映出坝体的响应。