弧形闸门流量计算方法的比较与分析

目前,弧形闸门的水力计算方法主要基于能量方程或量纲分析,无论哪种方法,其中都包含有与模型试验或原型数据有关的经验公式或常数系数,因此所得公式通常仅适用于某范围内,在实际应用时,有时会带来较大的误差,给弧形闸门的水力计算、闸门校准等工程应用带来诸多不便.通过弧形闸门的实验室水槽数据和现场观测数据,将传统的基于能量方程的方法和量纲分析的表征方法进行了比较,在分析了不同方法的特点的同时,指出不同方法的应用条件,为闸门水力计算和校准等计算方法的选择提供了依据.     

基于IPSO-BP神经网络的高含沙水体对鱼类影响预测方法

水库进行水力排沙时,高含沙水流过程可能会对鱼类等水生动物产生负面影响,其量化评估方法研究较为薄弱。为了预测和评估水库排沙过程对下游鱼类的影响,本文利用黄河花斑裸鲤和鲤鱼在高含沙水体中生存特性研究的实验数据,综合考虑含沙量和粒径、溶解氧、暴露时间、水温等因子对鱼类生存的影响,建立了基于IPSO-BP神经网络的高含沙水体对鱼类致死影响预测方法,对目标鱼类死亡率的预测误差小于6%。本文使用了与BP神经网络紧密耦合并引入动态参数和变异扰动的IPSO算法,较BP和PSO-BP神经网络预测能力更佳,相比国内外已有的Stress Index(SI)、Severity of Ill Effect (SEV)和多元拟合方法预测精度得到显著提升。分析表明,本文提出的预测方法能够考虑高含沙水体中鱼类生存受多环境因子联合制约,且多因子之间存在复杂关联的情况,可为评估高含沙水流过程对水生态的影响提供新的方法。     

考虑河流生态需水约束的调水规模研究

为减少以调水和蓄水工程为主体的区域水网建设对生态环境的影响,以大通河为研究对象,筛选 9 种水文学方法计算青石嘴、天堂、享堂 3 个关键控制断面 12 种不同的生态流量过程,基于过去 60 年径流时空分布以及水-能源-生态（water-energy-ecosystem,WEE）纽带模型,开展生态调度计算分析。结果显示：大通河干流河道内生态流量过程沿程增加,青石嘴、天堂、享堂 3 个断面年生态需水总量分别为 1.62 亿~14.54 亿 m3、2.46 亿~22.04 亿m3和 2.88 亿~25.46 亿 m3,且均以 Q90_Q50方法为最大,Tennant（10%）方法为最小;在不同生态需水约束下,引大济湟工程调水规模介于 2.25 亿~8.81 亿 m3,占流域多年平均径流量的 7.8%~30.5%;生态需水保障率整体表现为非汛期高于汛期,上游高于下游。兼顾生态环境保护与经济社会发展双重目标,为合理确定调水规模提供技术支撑。     

草鱼幼鱼游泳能力及游泳行为试验研究

在28±1℃水温下,利用自制鱼类游泳行为试验装置,采用流速递增法,研究了体长5.0~15.0 cm草鱼幼鱼的游泳能力和游泳行为。结果表明:该体长范围内的草鱼幼鱼临界游速在68~100 cm/s之间,临界游速基本随鱼类体长增加而线性增长;在整个试验过程中,根据鱼类对水流流速的游泳行为响应,鱼类的摆尾频率随着水流速度的增加而线性增加,整个游泳过程分为4个阶段,每个游泳阶段的最大流速依次为临界游速的45.6%、82.8%、95.9%和100%。本研究成果可为四大家鱼游泳能力进行有益补充,也可为鱼道流速设计提供游泳能力参数。     

基于坝下流场模拟的集鱼系统进口位置选择研究

集鱼系统进口位置的合理选择决定着鱼类能否顺利发现并进入集鱼系统,关系着过鱼设施的运行效果。为选择大坝过鱼设施集鱼系统进口位置,本文以长江流域某水力枢纽工程为例,对坝下尾水河道2.83 km范围内水流流场进行了二维数值模拟,以当地鱼类上溯洄游流速的偏好范围为评判指标,分析了不同发电工况下适宜鱼类上溯的水域范围,并针对不同发电工况给出了集鱼系统进口的适宜布置区域,可为过鱼设施集鱼系统的布置提供依据。研究结果表明:左右岸电站发电机组下泄流量比为1∶0和2∶1时,模拟区域适合鱼类上溯洄游区域的占比较大,这两种工况下,集鱼系统进口应布置在坝下右岸;其他工况下,适合鱼类上溯洄游区域难达坝下,集鱼系统进口或集运鱼船应布置在坝下稍远区域,以保证集鱼系统在不同工况下的集鱼效率。     

跨流域调水生态补偿研究进展与关键技术

系统梳理了跨流域调水生态补偿研究成果,分析了跨流域调水生态补偿与流域内生态补偿的不同特点,包括调水工程对水源流域和受水区的影响、水源流域上下游与受水区的补偿关系、调水给水源流域下游带来的损失等。调水生态补偿标准测算方法多源于流域生态补偿标准测算方法,包括成本与机会损失法、支付意愿法、价值损失法、生态足迹法等,考虑受水区用水量、水资源价值、支付意愿等因素对补偿量进行分担。由于调水对水源流域和受水区影响的复杂性,且调水工程布局向网络化发展,提出需要研究解决的关键技术:一是调水对水源流域和受水区水资源与生态环境影响的定量评价技术;二是调水给水源流域上下游带来成本与损失的测算方法;三是调水给受水区带来的经济社会和生态效益测算方法;四是系统考虑水源流域上游保护成本和下游损失及受水区效益,构建调水补偿关系和标准测算模型;五是对于网络化调水格局下补偿主体与对象的复杂关系,研发适用的补偿原理和标准测算技术。     

南水北调中线干渠冰期输水能力研究

冰盖的形成使得渠道的湿周增加,水力半径减小,输水阻力加大,致使渠道过流能力减小,影响渠道的冬季输水。渠道冰期的输水能力无论对工程设计,还是运行管理都是十分重要的。文章分析了结冰期冰盖的安全推进模式和稳定封冻期渠道水位壅高的影响,提出了确定渠道在结冰期和稳定封冻期的输水能力的控制指标,在此基础上,对南水北调中线黄河以北渠段结冰期以及完全封冻后的输水能力进行了研究,确定了南水北调中线黄河以北干渠的冬季输水能力,研究成果对于南水北调中线干渠的冬季管理和运行具有一定的参考价值。     

水头压力及管道特性对水击波速变化的影响

把Pearsall提出的可变波速公式引入特征线法中,对二相流的水击波速在发生水击时的变化情况进行了计算分析,研究水中含有气泡的管路在水击时管道初始水头及管道特性等敏感因素对水击波速变化的影响,指出上游水头降低、相对管壁厚增加、管材弹性模量增加都会引起水击波速变化的加剧．     

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。     

南水北调中线总干渠冬季输水过渡期运行控制方式探讨

以南水北调中线总干渠为对象,研究了冬季输水过渡期局部渠段的闸前变水位运行方式及整个干渠的闸门控制算法。将闸前变水位运行方式的实现过程分解为闸前常水位运行和变水位蓄量补偿两个同步进行的过程,分别完成流量变化目标和蓄量变化目标。设计了整个干渠结构统一的闸门控制算法,不仅能够实现闸前变水位与闸前常水位运行方式间的切换,还能实现二者的联合运行。闸门控制算法由前馈控制、反馈控制和解耦三个部分组成。在总干渠全线上数值模拟了冬季输水前安阳河闸以北抬升控制水位而以南维持不变的过程。结果表明,在2d时间内,安阳河闸以北的控制水位可由设计水位抬升至加大水位,整个渠道的水力过渡过程平稳,水位波动符合安全限幅要求。