南水北调中线总干渠冰情预测模型参数敏感性分析及率定

南水北调中线工程黄河以北总干渠冬季由于受气温的影响,将有不同程度的冰情产生,总干渠将处于无冰、流冰、冰盖下输水等多种复杂运行状态,运行不当则可能发生冰塞、冰坝危害。为了更准确地预测冰情,文章利用详细热量交换法对不同条件下渠道内一维冰盖生消进行数值模拟,根据2012年冬季的冰清观测结果以均方根差最小的原则率定模型参数。随后通过改变反射系数α、云量C、虚拟冰盖厚度Δh、风速Va、折减系数Cc及Ce、初始水温等分析冰盖厚度对于模型参数的敏感性。仿真结果显示,模型参数中反射系数α、虚拟冰盖厚度Δh这两个参数对冰盖厚度影响较大,气温数据中云量C对冰厚结果影响较大,且在高云量区域敏感性为极敏感,这些规律可以为寒区渠道系统冰情预测模型的开发及率定提供参考。     

美国中亚利桑那调水工程自动化运行控制系统

美国中亚利桑那调水工程是世界上著名的长距离调水工程,全长约54 km,年平均调水量18.5亿m3,输水渠系完整,几乎包括了所有的输水建筑物,渠系的运行控制系统很有代表性.运行控制系统的自动化提高了整个渠系的输水效率和安全性,同时还节约了运行成本.介绍了工程运行控制系统的特点和构成模块,并提出了几点启示,以期对我国的南水北调工程提供一定的参考.     

鲁棒控制在多渠段自动控制的应用

本文旨在研究渠道系统鲁棒控制器的线性矩阵不等式(LMl)设计方法及仿真.通过将系统的最小实现矩阵转化为一个由线性矩阵不等式约束的凸优化问题,然后再用MATLAB软件求解这一凸优化问题.这种方法既避免了对加权函数的试凑,而且控制器是直接求解,无需迭代,也不需要太多的约束条件,可以在更大的范围内达到收敛.通过文章末尾的一个两渠段串联算例表明,控制器能够在系统参数变化的情况下维持稳定、保持系统的性能基本不下降.     

美国中亚利桑那调水工程(CAP)地下水银行经验对我国调水工程的启示

美国中亚利桑那调水工程(CAP)已成功运行三十余年,堪称世界上大型调水工程的典范。该工程包括运用地下水银行对富余水量进行存贮以备枯水年之需已有十几年的历史,并且通过水权置换的方式与上游的内华达州在水源短缺的年份进行交换。工程在管理上具有政府委托,地方参与的董事会管理,企业化运营的特色,在技术、运行管理、环境保护、印第安人特殊的水权保护、农户地下水开采权的置换、以及与工程相关的立法,税务,水资源安全等积累了很多经验。其地下水回灌效率超过99%,且实施地下水回灌以来观测地下水位稳步上升,这些都对我国正在建设中的南水北调工程有着重要的参考价值。     

鄂北调水工程长倒虹吸事故水力响应及应急调度

以鄂北水资源配置工程中的孟楼-七方倒虹吸(全长约72 km)为研究对象,建立事故工况的一维非恒定流数值计算模型,仿真分析事故工况下长倒虹吸的水力响应过程。结果表明:事故工况下闸门同步异速调度相较于异步同速调度更利于倒虹吸安全;同步异速调度规则下,延缓倒虹吸进口以及上游闸门开始关闭时间、延长进口以及上游闸门关闭时长,或快速关闭倒虹吸出口以及下游闸门,都会抑制倒虹吸内部压力水体释放过程,增大压力超限风险;针对鄂北水资源配置工程,建议倒虹吸进口及上游闸门至少不晚于出口及下游闸门开始关闭后的30 min开始动作,倒虹吸出口及下游闸门关闭时长不宜短于30 min,倒虹吸进口及上游闸门关闭时长不宜超过30 min,并最终提出一组可供参考的节制闸应急调度组合。主要结论对于鄂北水资源配置工程的应急调度具有一定参考价值,也对类似含有大型倒虹吸工程的运行调度有一定的借鉴意义。     

大型渡槽温度场的边界条件计算方法

温度应力是南水北调中线大型渡槽设计中不可忽视的重要因素,直接影响到渡槽的运行安全,因此在设计中必须较为准确计算,温度场的边界条件计算是温度应力计算的前提.置于自然条件下的大型混凝土渡槽结构,其温度场的边界条件影响因素复杂,通常难以准确计算而往往被简化考虑,从而也直接影响到渡槽温度场和温度应力计算成果的可靠性.通过研究,给出了在太阳辐射等复杂自然条件下温度场边界条件的计算方法,并通过对实验水槽的实测数据和计算结果的对比,验证了计算方法的可信度.     

大型输水渠道系统建筑物水头损失处理方法研究

大型输水渠道系统往往穿越大量过水建筑物,如何合理的确定这些建筑物的水头损失是渠道运行调度仿真计算中的一个关键问题。对各类建筑物按照水头损失的计算方法进行了分类,采用概化断面的方法,对渠道渐变段、倒虹吸管身段推导出了便于实际仿真计算的总水头损失计算公式,并给出了各公式系数的计算方法;对其它建筑物也给出了有效的处理措施,并给出了计算节制闸设计局部水头损失的方法。实例计算表明,本文提出的建筑物水头损失处理方法简洁高效,能够提高渠道运行调度仿真计算的效率和精度。     

暴雨条件下的长距离渠系水力响应特性研究

暴雨是常见的天气现象,其对长距离输水渠系的适时适量供水及工程安全具有重要影响。通过建立暴雨影响下的渠系水力响应模拟模型,分析了不同暴雨条件和渠系闸门群有无联合调度等情况下的渠系联合水力响应规律,结果表明,暴雨可威胁渠系的运行安全,而恰当的渠系运行控制响应模式是改善渠系水力响应的重要方法,有利于促进输水安全。暴雨可造成南水北调中线工程渠道内水位雍高,雍高程度受降雨强度、降雨范围和渠道断面位置影响,其中末端渠池下游的水位雍高最大,连续3日暴雨可造成水位雍高0.44m,使渠系面临外溢风险,而采用闸门群联合调度后,可有效削减壅水高度,但此时的壅水高度还受渠系控制模式和参数取值等因素影响,且渠系风险位置也将位于降水影响区最上游端渠池。     

含多分水口的渠道广义积分时滞(ID)控制建模及验证

积分时滞（ID）模型是应用最广泛的输水明渠控制模型之一,建模时常假定分水口均位于渠池的下游尾端。然而对于我国灌区渠系而言,分水口位置可能位于渠池沿线任意位置,此时直接应用ID模型将会导致控制效果较差甚至出现系统失稳的可能。针对这种情况,本文首先分析了分水口位置对ID模型预测精度的影响,在考虑分水扰动的滞后时间后提出了广义ID模型,并分别以传统ID模型和广义ID模型为基础进行模型预测控制（MPC）算法开发及仿真验证。仿真结果显示,对于分水口位于上游段的渠池,本文所提出的广义ID模型预测精度更高,且控制效果的改善程度可达65%。同时在控制器调试过程中,控制器参数的可选域增大约1.4倍,表明更容易获取合适的控制器,试错成本显著降低。     

长渠系稳态恒定流解法与非恒定流解法差异及对控制方式的影响

明渠输水是大型调水工程的常用手段,其运行控制的目标状态由恒定流解法求得,其调节过渡过程的稳态却由非恒定流数值解法得到,两者之间的差异直接影响系统控制的精度以及过渡过程时间。以南水北调工程为仿真背景,定量分析两者的差异及形成机理,并且对这一差异在系统控制中的影响进行分析。