隧洞明满流边界下滇中引水工程闸门过流特性

传统的水闸流量关系是在上游明流条件下试验得到的，但关于上游明流向有压流过渡的非恒定流状态时，流量关系的规律及计算方法缺乏探索，而这一规律对于中国在建的大量长距离输水隧洞出口闸门的调控十分关键。该研究通过三维数值模拟，建立实际的渠隧系统三维流体力学模型，探究明满流上游边界下闸门过流特性，并尝试探索在非恒定流工况下适配的过闸流量计算数学模型。结果表明：1）事故调度闸门突然关闭时，上游隧洞内出现无压-有压过渡流态，最大压力水头约为33 m，该研究提出一种改进的无量纲公式计算流量，即在闸前总水头中考虑上游隧洞内压力水头；2）无量纲公式相较于传统公式平均率定误差降低4个百分点，提出的无压-有压流态流量计算统一率定模型最大相对误差为4.68%，精度较高。该研究所提出的流量计算方法对长距离渠隧系统调度具有参考价值，也可为实际工程的管理提供可靠技术支撑，对于工程的安全稳定运行及灌区的正常输配水具有重要意义。     

东北主要类型旱田土壤持水特性研究

土壤持水特性是对土壤水分有效性的一种反映,不同土壤持水特性存在差异。为了解东北地区主要旱田耕地土壤的持水特性,本研究通过定点采样方法,在不同地区选择了典型的黑土、草甸土、白浆土、碱土、褐土5类旱田耕地土壤,通过压力膜法得出不同水柱压力下土壤水分实测值,并通过Van Genuchten和Garden模型进行模型拟合,相关性极显著,通过Van Genuchten绘制土壤水分特征曲线,从曲线看出,不同类型土壤持水特性存在差异,0～10 cm土层各土壤水分特征曲线差异大、曲线分散,草甸土、白浆土、碱土含水量在各压力下均处于较高水平,褐土最低,黑土居中; 10～20 cm土层土壤水分特征曲线在低吸力阶段差异仍较大,高吸力阶段差异小,褐土含水量最低,草甸土、白浆土、碱土趋于一致,黑土居中; 20～30 cm土层差异减小,褐土、碱土、黑土趋于一致;通过Garden模型计算土壤比水容量,不同水吸力下,褐土比水容量最高,其次是黑土,草甸土、白浆土和碱土比水容量较低,说明褐土和黑土释水能力强;土壤饱和含水量与土壤容重显著负相关,土壤有效持水库容与土壤大颗粒、土壤0. 02 mm的颗粒呈极显著负相关,与0. 02～2 mm的颗粒含量呈显著正相关;草甸土、碱土、白浆土饱和持水库容高,但有效库容低,与褐土、黑土相反。因此,提高土壤持水能力要根据土壤的物质特性提出对应措施。     

三峡库区动水压力型土质滑坡排水管布置优化——以卧沙溪滑坡为例

[目的]为降低动水压力型滑坡体内的动水压力,提高其稳定性,采取布设水平排水管的措施对该类型滑坡进行治理,并对排水管的布设方案进行优化,为同类滑坡的加固设计以及获得高效合理的排水管布设方案提供参考。[方法]利用土体级配曲线,采用间接方法近似确定滑体土土—水特征曲线,并尝试通过FredlundXing函数模型预测获得滑体土非饱和渗透函数曲线。采用均匀设计方法、有限元、神经网络和遗传算法相结合的综合集成方法开展排水管布设方案优化研究。[结果]获得了卧沙溪滑坡最优的排水管布设方案为:管长L为26.6m,间距D为6.88m,倾斜角θ为7.3o。[结论]采用该排水方案加固后的滑坡安全系数为1.101,大于设计安全系数1.10,满足滑坡加固安全与经济的要求。     

土壤支持重力水的移动规律及其对小麦生长的影响

水分在土壤中受土粒吸附力、毛管力及重力的影响.当合水量超过田间持水量时,则受重力支配而移动,这种水分即为自由重力水.停滞在弱的或不透水层上的重力水,使一定厚度的土层处于接近或完全饱和持水量状态,这种重力水称作支持重力水^[2,3].它受静压力的支配,可以沿着不透水层的倾斜面流动,产生土内径流;在地形平坦及土层水平的地区,它便在土层中停滞.所以,我们把支持重力水理解为那些能从土壤剖面中流出、而又与地下水无联系的土壤水分.     

灌溉渠道支斗渠轮灌配水与引水时间优化模型

建立了配水渠道流量优化调度0-1线性整数规划模型。模型适用于支渠以下各级配水渠道在来水流量确定,分水渠道流量彼此相同且按“定流量、变历时”方式轮灌时的优化配水方案决策。并提出了各轮灌组引水时间均一化处理方法,使各轮灌组在同一引水时间结束灌溉,从而可使配水渠道进水闸能在同一时间关闭。     

辽宁省农村饮用水水源地安全评价与保障措施

对辽宁省农村饮用水水源地的水质、水量和水环境进行安全评价,结果表明全省的农村饮用水水源地的安全形势十分严峻。为此,提出了对农村饮用水水源地的山泉水、农村饮用水水源地的水库水、农村饮用水水源地的地下水和已建集中供水工程水源地采取了一系列的工程和非工程的安全保障措施,确保农村饮水安全,为经济又好又快地发展提供基础保障。     

稻水象甲的发生规律及防控措施

2014年5月26日在大竹县城西乡茶园村7组首次发现稻水象甲虫害,并已呈扩展蔓延之势。在各级农业局的指导下,采取一系列措施控制住了稻水象甲。为了减缓稻水象甲的扩散蔓延速度并对其进行有效防控,最大限度地减少水稻生产损失,总结稻水象甲防治工作的一些经验措施,以供借鉴。     

提高园林绿化工程树木移植存活率的技术经验

在园林绿化工程中,移植树木的活动是十分普遍的。而经过起苗的树木则十分脆弱,不但无法保存蓄水,而且水分蒸发得也非常快。因此,移植树木十分危险,若不采取正确的移植方式,其存活率极低。分析移植树木存活率较低的原因,从而得出改善措施和方案,进而确保树木的存活率,为园林绿化工程出一份力。     

拓扑优化方法在面板堆石坝分区设计中的应用

面板堆石坝因其经济、可靠、广泛适应性和环保等显著优点受到坝工界的欢迎,但面板坝尤其是高面板坝普遍存在面板断裂问题。故因面板断裂而造成的面板坝事故实例很多。面板断裂的主要原因之一是坝体内坝料分布不合理使得坝体与面板在自重与水压力作用下变形差异较大,因此,坝料在坝体内部的布局亦即坝料分区设计极为重要。该文以天生桥一级混凝土面板堆石坝为例,以坝体刚度最大为目标,根据坝料切线模量的差异,将坝料分为多种材料,建立材料集合,采用连续体拓扑优化方法优化出高面板坝坝料的布局方案,从而克服以往完全依赖经验给出的分区设计缺陷。另外,在优化分析中,以单元的材料号作为设计变量,同时基于准则法给出了设计变量的更新方案,即应变能密度大的单元须具有高模量材料。规避了传统梯度法或遗传算法无法解决离散设计变量数目庞大的困难。为确保算法稳定,本方法迭代过程中每次仅更新不超过5%的总单元数的材料号。结果表明,优化后的材料布局与传统分区存在明显差异:高模量材料分布在上游下侧、各种材料分布随模量依次自上游向下游变化、材料边界坡比均不低于1:0.8。与原设计相比,优化后的面板在水压力作用下变形小,分布均匀,有利于阻止面板发生断裂。从而证明该方法可为此类工程实践提供具有理论基础的参考设计。     

考虑泥沙颗粒影响的长距离供水工程单向塔水锤防护

长距离供水工程的安全稳定运行离不开水锤防护,然而传统的水锤计算模型和分析方法忽略了泥沙颗粒影响。该研究基于浆体水锤波速公式和管路当量摩阻公式构建特征线方程进行数值计算,并通过水库-管道-阀门系统（RPV）关阀水锤试验的压力数据进行模型验证;结合单向塔边界数学模型,探究了泥沙颗粒参数对某工程输水管路单向塔水锤防护效果的影响。结果表明：无防护掉电时,含沙工况下泵后的降压波幅值更大,较清水多出1.22m;含沙水管路沿线的最小内水压力均低于清水,差值最大为1.18 m。采用清水单向塔防护方案,除部分颗粒参数条件外（含沙量<10 kg/m3,颗粒直径=0.01mm）,含沙管路沿线均会出现负压;其内水压力最小值随着颗粒直径和含沙量的增大而减小,最低可达-2.41 m。在给定的颗粒参数范围内,提出满足工程防护需求的含沙水单向塔防护方案,其塔高较清水方案需要提高4 m。相关研究成果可为高含沙流域长距离供水工程的水锤防护设计提供一定的参考。     

平底马蹄形断面的水力计算

平底II型马蹄形断面是将标准II型马蹄形断面的底拱改成平底而来,是水利水电工程较常用的断面形式之一,但其正常水深和临界水深的水力计算需求解超越方程,无解析解.传统的试算法或查表法计算过程繁琐且计算精度不高.本文通过对平底II型马蹄形断面基本方程进行数学变换,并对引入的无量纲参数与无量纲水深的关系进行分析及计算,应用拟合优化原理得到了其水力计算的直接计算公式.该公式不需分段和进行判别选取,直接可得到答案.在工程的适用范围内(即水深与顶拱半径之比:0.05≤h/r≤1.41),计算正常水深的最大误差小于0.41%,计算临界水深的最大误差小于0.20%.其成果对该断面形式的隧洞设计有一定参考价值.     

U 形渠道量水平板水力性能试验研究

根据北方灌区渠道底坡缓且灌溉水流多泥沙的现状,该文针对U型渠道设计了平板量水装置。为了探索不同尺寸悬垂薄平板在明渠水流冲击作用下的水力学特性,确定流量与平板偏转角度之间的关系。分析水流流态,将渠道运动水流分为3部分,对平板部分水流应用闸孔淹没出流公式,建立流量计算模型,得出流量与角度的半经验关系式。对流量系数计算模型中的待定系数进行估计,得到了统一形式的流量公式。U型平板测流范围为9～44L/s,经验证,计算流量与实测流量之间最大相对误差为6.9%,平均相对误差为3.2%,其中收缩比0.547、0.439平板测流相对误差均小于5%,满足灌区量水要求。同一收缩比板型,相对水头损失随着流量增大而减小,不同收缩比板型,相对水头损失随着板型收缩比增大而增大,除收缩比0.715平板在小流量(本试验大约为10L/s)测流时,相对水头损失比在10%以上,其余平板测流时相对水头损失均小于10%,其中收缩比为0.439和0.337平板最大水头损失不超过上游总水头6%。经过综合分析,选择0.547到0.439为平板最佳收缩比测流范围。研究可为灌区量水设施的改进提供依据。     

水库低温水的生态影响及工程对策研究

大型水库低温水下泄对农业生态和水生生态产生较大不利影响, 国内在高坝大库设计中多采用叠梁门表层取水结构来获取满足农作物的灌溉水温和鱼类生活史需求水温, 其运用的下泄水温调节效果多采用立面二维或垂向一维水温模型进行模拟。文中利用MIKE3软件建立研究水库的三维水温数学模型, 精确模拟水库采用叠梁门分层取水和单层进水口两种取水方案下的水库水温结构及下泄水温。预测结果表明叠梁门分层取水方案能有效地提高水库泄水温度, 3~9月出现的水库低温水温度比单层进水口提高2~4 ℃, 并在5月份就能达到鱼类产卵要求的18.4 ℃。叠梁门分层取水结构能够有效地提高水库泄水温度, 最大程度减缓水库低温水下泄的生态影响, 实现生态环境保护和经济效益的较好协调, 叠梁门结构比较适合作为国内生态友好型大型水库工程建设的生态修复和保护措施。     

全玻璃真空管太阳能集热器对流换热试验与模拟

以可再生能源总能系统为研究背景,通过搭建太阳能辅助燃料电池试验平台,逐步完成不同涂层材料、内置导流板太阳能集热器自然对流试验研究;在试验验证基础上,分别建立太阳能集热器自然对流和强迫对流三维数学模型,应用场协同和火积理论分析流动和传热数据。自然对流研究表明,吸收率在0.95~1.0、发射率在0.06~0.16时,随吸收率升高,发射率降低,热效率升高1.71%,火积增量逐渐增大;加装导流板后,真空管内部混流消失,底部流动得到强化,实验热效率提高2.17%;确定全玻璃真空管热水器导流板合理板厚为2 mm,合理板长为距离真空管底部60~100 mm,合理位置为中心线以上16~20 mm;强迫对流研究表明,横双排集热器雷诺和努赛尔数、火积增量均高于竖单排集热器,火积耗散低于竖单排集热器。确定太阳能辅助燃料电池集热场在中低温条件下,自然对流采用内置导流板集热器,强迫对流采用横双排集热器。     

脉冲式沼肥防堵分配装置工作机理与结构优化

为明确脉冲式沼肥防堵分配装置的工作机理,为工程应用及结构优化提供理论依据,以5通道分配装置为研究对象,根据水击压强和水击振动理论,运用CFX(Computational Fluid X)计算流体动力学软件对不同挡块数量的脉冲式沼肥防堵分配装置进行仿真,得到不同挡块数量时出料口处的压强波,通过对压强波的分析,确定同时关闭5个出料口,5个挡块圆周均匀分布、转速为37.8 rad/s的方案。结构优化方面分别对有、无分配锥体结构的装置进行流场分析,确定分配锥体的最佳锥度,验证分配锥体结构的有效性,同时设计避让大颗粒的保护结构,并将脉冲式沼肥防堵装置与分配锥体结构进行整合。根据优化方案设计并加工可视化试验装置,分别对脉冲式沼肥防堵分配装置工作时物料流动状态以及出料口处的压强波进行观测和测定,结果表明:试验与仿真基本一致,且压强波波峰值、波谷值的相对误差在10%以内。     

改进型深筒式消力井消能效果及影响因素分析

为优化深筒式消力井装置的结构,使其在增加消能率的同时而不影响水流平顺流入下一级管道,并能降低水流对消力井井底的冲刷破坏作用,通过理论分析和模型试验研究,测量了消力井的相关水力参数,计算了不同结构体型消力井的水头损失系数和消能率,从消能率的角度探讨了多喷孔出水口的结构参数、溢流板高度与水头损失系数之间的关系,结合井底压强分布情况寻找较优的结构体型。结果表明:采用多喷孔出水口并增设溢流板的改进Ⅱ型消力井消能率比传统型的要高30%且井底压强分布均匀,在结构上具有明显优势。改进Ⅱ型消力井在小流量情况下过堰水流为自由出流,此时消力井水头损失系数会随流量的增加而降低,当流量增加至淹没出流后消力井水头损失系数随流量变化不明显。相对开孔面积为100%时,消力井主井水头损失系数随喷孔孔径的增加会有小幅度的减小;在距径比不大于2.5时水头损失系数随距径比的增大而减小,距径比大于2.5之后对水头损失系数影响不大;喷孔错列布置的水头损失系数明显比并列布置的大;溢流板高度对消力井水头损失系数的影响不明显,在淹没出流时堰板高度小的消力井水头损失系数略微有所降低。此研究可为深筒式消力井的结构设计提供参考,亦可为解决长距离管道输水过程中的消能问题提供科学依据。     

泵站进水池超低水位下组合整流方案与验证

泵站在超低水位下运行时,将引起泵站进水水流流态恶化,危及泵站的安全稳定运行。为了解决这一问题,该文通过对黄河下游田山一级泵站在进水池超低水位下运行时存在的严重不良流态及其对机组造成的危害进行了分析,提出了在进水池设置导流台、水下消涡板和W型后墙导流墩的组合整流措施,应用三维数值计算方法对进水池的水流流态和该组合整流措施下的整流效果进行了数值模拟,并采用透明的进水池模型对数值模拟结果进行了检验。数值计算和模型试验结果表明:组合整流措施消除了进水池表面、池底、边壁的漩涡、回流以及死水区,进水池的水流流态和进水喇叭口的轴向速度分布得到了有效的改善。研究成果可为超低水位下运行的泵站提供参考。     

南水北调中线工程封冻期闸门群开度控制器改进设计

大型串联渠系封冻期容易产生较大的水力波动,增大了冰塞形成风险,如何通过闸门群联合调度减小水力波动,能够在一定程度上抑制封冻期冰塞发生。该研究通过设计PI(Proportional Integral)控制器和OF(Optimization Feedback)控制器2个控制环节,以最小水位偏差为目标函数,考虑渠池间流量约束、闸门开度约束和闸门调整速率约束,结合遗传算法,建立封冻期渠系闸门群优化调度模拟模型,并以南水北调中线古运河节制闸至北拒马河节制闸之间的渠系为背景,进行模型效果分析与参数敏感性分析。模拟结果表明,在模拟工况下,控制器中加入OF控制器较仅用PI控制器显著降低最大水位偏差,其中下游最大水位偏差减小约36%,且系统恢复稳定时刻提前近2.9 h,所建模型对抑制封冻期水力响应过大有一定的效果;减小了各闸门的最大开度,其中渠池11闸门最大开度减小近20%,但对于部分渠池增大了单次闸门开度调整幅度;遗传算法求解过程对扰动流量取值范围设定不宜过大。     

寒区封闭引水渡槽中水温变化预测分析

甘肃引洮供水工程由于两条供水管线末端均不具备建设大型调蓄设施的工程条件,通过延长总干渠供水时间来解决调蓄不足的问题必须考虑冬季输水。针对这一实际问题,根据传热传质理论,建立了流固耦合对流换热三维数值模型,通过数值计算结果与室内模型试验结果进行对比研究,验证了数值模型的可靠性,表明其模型可用来对寒区封闭性渡槽内部水体在低温环境条件下的温度变化进行了预测分析。分析结果表明,虽然渡槽内水温与渡槽内的流量、入口水温、流速及环境温度等因素有关,但由于该渡槽结构及保温措施设计合理,并且有效控制水体在渡槽内的运行时间,水温降低幅度并不大,保证了在低温季节时水体在渡槽运行过程中水温不低于0℃,可有效防止渠体在寒区低温运行时结构冻害及冰灾现象的产生,进一步确保了封闭性渡槽的冬季输水安全。可为其它寒区引水工程的合理设计及安全运营提供科学参考。