水閘消能防冲设计中最不利的水位和流量组合的确定

本文建议用不恒定流的理论,代替传统的恒定流的理论,来进行闸门开启过程的水力要素的计算。此时,用不恒定流理论求出的某一瞬时的水深为ht,按恒定流理论求出的相应瞬时的水深为hδ,两者的比值为η=ht/hδ。当闸门全部开启的历时为20分钟时通过最大流量瞬时两种水深之比为η=0.493+1006.43×i。这样,流量Q设和水深ht=η·hδ的组合就是水闸消能防冲设计中的最不利组合。     

闸门开启过程中非恒定流与闸下消能防冲的研究(一)——闸门开启过程中的闸下冲刷

灌区水闸的闸下普遍存在着冲刷现象,以往对闸下冲刷的研究,无论采用原型观测或模型试验的方法,通常是在恒定流的水力条件下进行研究的。消能防冲设计时采用的公式,大多数也是由恒定流而得出的。实际上在闸门开启过程中,过闸水流为非恒定流,闸门开启的时段内闸下产生的冲坑深度,占一次放水过程产生冲坑深度的一半。因此在灌区水闸的消能防冲设计中应考虑非恒定流的水力条件     

闸门开启过程中非恒定流与闸下消能防冲的研究（1）：闸门开启过 …

灌区水闸的闸下普遍存在着冲刷现象,以往对闸下的冲刷的研究,无论采用原型观测或模型试验的方法,通常是在恒定流的水力条件下进行研究的。消能防冲设计时采用的颈项在多数也是由恒定流而得出的。实际上在闸门开启过程中,过闸水流为非恒定流,闸门开启的时段内闸下产生的冲坑深度,占一次放水过程产生冲坑深度的一半。     

量水槽出口宽度对堰槽组合量水设施过流能力的影响

【目的】研究量水槽出口宽度对堰槽组合量水设施水力性能及对测流的影响，为扩大堰槽组合量水设施的适用性提供参考。【方法】对3种量水槽出口宽度（b=25，35和45 cm）在不同流量（5～71 L/s）下的35种工况进行水力性能试验，通过中垂面30个测点的水深及垂线平均流速变化，分析出口宽度对设施中垂面水面线和佛汝德数（Fr）沿程变化的影响，明确槽内流和堰槽流的流量阈值；根据流量（Q）与量水槽内测点水深的相关性，分析量水槽出口宽度对流量系数的影响，并建立不同量水槽出口宽度下的流量公式。【结果】3种量水槽出口宽度条件下，中垂面水深和Fr的沿程变化均表现出相似的规律，即中垂面水深在上游段表现稳定，进入量水槽后逐渐下降至出口后的薄水层区域；Fr值在上游段相对平稳，保持在0.1～0.2，进入量水槽后逐渐增大至最大值1.2～1.5，且增大速率沿程变大。上游段的水深和量水槽内的水深均随量水槽出口宽度的增加而减小，出口段、薄水层区域和下游壅水区域的水深受量水槽出口宽度影响不大。上游段至量水槽内部过渡扭面段的Fr值随量水槽出口宽度的增加而增大，量水槽内部梯形窄段的Fr值随着出口宽度的增加而减小。同一量水槽出口宽度下，槽内流的流量系数随流量的增加而增大，堰槽流的流量系数随流量的增加而减小。同一相对作用水头下，槽内流的流量系数随量水槽出口宽度的增加而减小，堰槽流的流量系数随出口宽度的增加而增大。基于建立的3种量水槽出口宽度下的流量公式，得到的流量计算值与实测值的相对误差均在2%以内，使堰槽组合量水设施的适用范围进一步扩大。【结论】量水槽出口宽度对上游和量水槽内的水深有明显影响，出口宽度的增加能够增大堰槽组合量水设施的流量阈值及过流能力，并使临界水深的断面位置向下游推移。     

机翼型闸墩量水闸门水力性能试验研究

针对特设量水设施缺少调控功能和传统闸门测流精度低的问题,设计一种以机翼形量水槽作闸墩的新型量水闸门,根据测流原理分析确定试验观测参数,采用水力性能试验的方法,对不同流量Q、不同闸门开度e条件下量水闸门的过流流态变化及流量公式进行研究。结果表明:1)机翼型闸墩量水闸门各流态闸前水流平稳,上游水深和水翅最高点随流量增大而升高,随开度增加而降低;上游水面线的变化随流量增大而变小,随开度增加而变大。2)闸墩的流线体型使得堰孔流的判别阈值(闸门相对开度)发生改变,判别阈值随流量的增大而降低,而后趋于平稳,最低为0.75,高于平底坎平板闸门的判别阈值0.65。3)拟合得到新型量水闸门堰流及闸孔出流的流量公式,与实测流量对比,相对误差小于5%。本研究提出的机翼型闸墩量水闸门既实现测控一体的功能,又保证流量的精准测量,可为灌区量水设施应用及研发提供参考。     

天然河道分汊口闸段过流水流特性的试验研究

鉴于天然河道分汊口地形、水力条件复杂,流量分配不易控制,在实际工程中,拟建堰闸横向组合型拦河建筑物来调节侧汊流量。采用物理模型方法,在不同流量及闸门开度条件下,研究了新型拦河建筑物闸段过流对分汊河道水流特性的影响,利用经验公式对闸门流量系数进行了计算,并且与实测值进行比较。结果表明:闸段过流时侧汊分流比明显小于全断面过流,且闸门开度和来流流量均影响分流比大小。随闸门开度增大,侧汊分流比增大,且流量越小,增幅越大;当闸门开度相同时,流量越大,侧汊分流比越小。由于水力因素复杂性和拦河建筑物非对称性,拦河建筑物上游水位、流速分布不均,闸门开度相同,流量增大,上游水位最高点向闸段侧偏移;流量增大,闸门开度增大,上游流速峰值向闸段侧偏移;在总流量为3000m3·s-1附近,上游水位不随闸门开度变化。闸门开度一定时,流量越大,闸后消力池内Fr越大,消能效果越好。总流量为4600m3·s-1时,Fr在2.5～4.5之间,产生不稳定水跃;总流量为3000m3·s-1和1500m3·s-1时,Fr在1.0～1.7之间,产生波状水跃。利用三种现行公式计算的流量系数与实测值相比误差较大,现行公式对流量系数的影响因素考虑欠缺,本研究引入闸孔侧收缩系数ε对现行公式进行修正,该修正公式的计算值均在±10%误差范围内,结果较为精确。本试验结果不仅丰富了新型拦河建筑物附近的水流运动理论,也对河道整治、新型拦河建筑物设计等相关工程提供理论支撑。     

节制闸开度对分水口流速分布的影响

研究节制闸在调节分水口水位和流量时,闸门开度对分水口附近流速和泥沙分布的影响.采用梯形渠道分水口水力特性试验和数值模拟相结合的方法,对不同闸门开度下闸前主渠道沿程水深的变化规律及闸门开度对分水口附近流速的影响进行研究.结果表明:1)主渠道水深模拟值和实测值的决定系数R2、纳什系数NSE和均方根误差RMSE分别为0.89...     

输气管道泄漏仿真

基于管道瞬变流机理模型,在气体泄漏为亚声速流动的情况下,通过引入附加边界条件,仿真研究了泄漏位置和泄漏量对管输气体流动参数的影响。结果表明:当泄漏量增加时,上下游压力下降幅度均增大,上游流量上升幅度增大,下游流量下降幅度增大,但泄漏量的变化仅使压力和流量波幅发生变化,没有影响其波形;当泄漏位置从靠近管道末端移至管道中间位置时,上下游压力下降幅度均减小,上游流量上升幅度减小,下游流量下降幅度增大,同时使波形发生了变化,上游压力波形后置,下游压力波形前置,上游流量波形的周期增大,下游流量波形的周期减小。     

闸门开启过程中非恒定流与闸下消能防冲的研究（2）：灌区水闸启 …

利用物理模型对闸门开启过程中水流进行研究,证明了闸门开启过程中和全开之后一段时间内非恒定流的存在。以圣维南方程为基础建立数学模型,利用物理模型实验数据验证,并分析了主要影响因素。从而得到适用于模拟闸门开启过程中渐变非恒定流的数学模型,为寻找水闸消能防冲设计参数提供依据。该模型经过辽阳灯塔灌区实测数据的验证,是正确合理的。     

闸门开启过程中非恒定流与闸下消能防冲的研究(2)--灌区水闸启门过程中非恒定流数值模拟

利用物理模型对闸门开启过程中水流进行研究,证明了闸门开启过程中和全开之后一段时间内非恒定流的存在.以圣维南方程为基础建立数学模型,利用物理模型实验数据验证,并分析了主要影响因素.从而得到适用于模拟闸门开启过程中渐变非恒定流的数学模型,为寻找水闸消能防冲设计参数提供依据.该模型经过辽阳灯塔灌区实测数据的验证,是正确合理的.     

Deadbands and the Dynamic Response and Performance of Large Water Transfer Canal System

An operating simulation mode for multireach canal system in series under gate regulating is established. The discharge feedforward plus water lever feedback PID controller was adopted. And the performance indicators are introduced to evaluate the control effects of canal operation. Influence on dynamic response process and dynamic performance as well as the control actions of canal system are studied according to the variation of the gate deadband and water level deadband. The results showed that the larger the gate deadband, the worse, the control effect of canal system over water level, and so done the stable process of gate discharge, yet the stable process of gate opening was getting better, while the upstream gate regulation of each canal pool was less at the time when canal stabilizes; the closer to downstream end of canal, the lager steady-state error of this canal pool was, and the lager influence of gate deadband on the steady-state error as well as response time of this canal pool was; the canal system can not acquire superiority in both the control performance and control actions when only the water level deadband was established.     

矩形渠道分水口分流规律及影响因素

目前渠道分水口分流规律的研究侧重于分水口两侧渠底高程一致的情况,但在实际工程中多为侧渠道渠底高程高于主渠道渠底,针对这一实际问题,对矩形渠道直口渠分水口进行分流规律试验,测量分水口处的水深,获得分水口处的水面线,分析不同分流比下,水面变化和分流比与相对堰上水头、主渠上下游傅汝德数的关系及流向角与分流比的关系。结果表明:不同来流量下,分水口附近的的水面线变化规律基本一致,都为壅水曲线;同一流量下,分流比随相对堰上水头的增大而增大,随主渠道分水口上下游傅汝德数的增大而减小;同一流量下,流向角随分流比的增大而增大,增加趋势逐渐变缓,最大流向角均趋近于60°。     

长江镇扬河段世业洲汊道冲淤现状研究

通过对长江镇扬河段世业洲汊道固定断面连续3 a的水下地形测量,综合固定断面面积、0 m等深线、最大深度、平均深度和分流数据分析得出:世业洲右汊道仍处于主导地位,汊道上游各指标数据变化不明显,汊道下游则有变宽加深趋势,并略有淤积;世业洲左汊道仍处于次航道地位,各项指标表明左汊道宽度基本稳定,但汊道水深有加深趋势,尤其是汊道下游变化较为明显。     

橄榄坝电站对下游曼厅大沙坝河段影响研究

通过建立澜沧江橄榄坝-曼厅大沙坝河段物理模型,研究电站清水下泄对下游曼厅大沙坝河段的影响。在满足模型试验的相似要求前提下,冲刷坑的平面总体形态呈现泪滴形。在开始阶段冲刷坑的深度变化较快,达到一定深度之后,深度变化减小,最终趋于稳定,此时冲刷就达到了平衡状态。丁坝最大冲刷深度和最大冲刷宽度的纵向位置基本一致。     

臂坡对堰槽组合设施测流影响分析

针对堰槽组合设施在遭遇洪水、水位较高时引发的坡脚掏蚀、岸坡冲刷崩塌等问题，将设施两侧堰顶设置一定坡度，形成向槽内倾斜的臂坡，使水流向设施中部集中，减少对两岸边坡的冲蚀。采用水力性能试验的方法，对3种臂坡(0，1/16和1/8)在12种流量(6~61 L/s)条件下的中垂面水深、弗汝德数沿程变化规律、臂坡对设施泄流能力的影响及流量公式进行研究。结果表明:1)3种臂坡下的堰槽组合设施水深沿程变化相似，随着臂坡的增大，中垂线上游水位壅高增大，两侧堰靠近岸坡一侧的堰上水深减小，明显减少了水流对两岸边坡的冲蚀；2)臂坡对临界流断面位置影响较小，集中出现在排淤量水槽梯形窄段的后半段；同一流量下，堰槽组合设施的流量系数随臂坡的增大而减小；同一臂坡下，堰槽组合设施的流量系数随着流量的增大而减小；3)相对水头较小时，流量系数变化明显，相对水头较大时，流量系数相对稳定，将流量系数分为变动流量系数和稳定流量系数2个区，并分别拟合出不同臂坡条件下的流量计算公式，与实测流量相比，臂坡为0、1/16和1/8时，相对误差绝对值的最大值分别为2.22%、2.37%和2.21%，平均相对误差分别为0.88%、0.95%和1.15%。此外，在流量为11 和21 L/s时，臂坡的增大使得流量公式计算值的相对误差由-2.22%降至-0.44%和由2.35%降至-0.24%。综上，臂坡的存在能够减少水流对两岸边坡的冲蚀，对临界流断面的影响较小，增大臂坡还可有效提高堰槽组合设施在小流量情况下的测量精度。     

土壤水分有效性与土壤水分易吸性研究

本研究依据农田土壤非恒温及水热耦合运移的特征,建立了一个水热耦合运移的数学模型。模拟结果能较精确地预报农田土壤湿度、土壤温度时空变化特征,以及典型天气和作物生长不同时期土壤湿度、土壤温度剖面变化特征,模拟结果与实验之间的比较令人满意。     

基于Adams连杆翻转式弧形闸门启闭 的对比分析

为了提大跨距闸门运行的平稳性和可靠性,简化启闭机的实验过程,本文运用ADAMS 软件对翻转式弧形闸门在静水环境下启闭过程进行仿真,直观地观察了翻转式弧形闸门启闭机 的整个过程,对比分析了四连杆启闭机和六连杆启闭机两种方法下闸门在静水环境下闭合过程 中运行特性。结果表明:其它参数相同的情况下,四连杆启闭机在闸门运行的起始阶段冲击和振 动比较显著;其它参数相同的情况下,六连杆启闭机构在闸门运行结束阶段前的冲击和振动比较 显著;合理的减小启闭机的驱动速度,能够减小对闸门的冲击和振动;优化启闭机的结构参数及 合理