船闸卧式闸门水位控制建模与控制策略研究

中小型使用平面卧式闸门的船闸,如果闸门开启过快导致闸室流场的巨大变化,对闸室翼墙的安全与闸室内的船舶直接构成威胁;如果闸门开启过慢,又影响船闸通行效率。在对船闸模型进行数学分析的基础上,除常规PID控制方法之外,提出了流量内环水位外环的PID控制和基于反步法设计的非线性控制方法,达到快速且稳定的控制效果。仿真结果表明:双闭环控制策略可以保证调节过程流量不超限,非线性控制策略在快速性和稳定性上具有更大的优势。     

卧式泵站直管式出水流道型线变化水力性能数值模拟

基于不可压缩流体的连续性方程和雷诺时均N-S方程,采用CFD技术对卧式泵站直管式出水流道进行数值模拟计算,通过改变出水流道型线,分析出水流道内部流动特性及水力损失影响。研究表明,出水流道当断面形状设计为圆变方,在平面方向和立面方向均逐渐扩大的形式时,流道内流态最好;将进水流道断面在平面方向设计为先扩散后平直,而在立面方向均匀扩大的形式时,流态较好;而将断面在立面与平面方向均设计成先扩散后平直时,出水流道流态最差。     

导叶位置对S型轴伸贯流泵装置水力性能的影响

为了研究不同导叶位置对S型轴伸式贯流泵装置水力性能的影响,设计了4种不同导叶相对位置的方案,并分别针对小流量(Q=0.8Q0)、设计流量(Q=1.0Q0)、大流量(Q=1.2Q0)3种工况下的S型轴伸贯流泵装置进行了数值模拟计算。对比数值模拟结果与试验结果,并分析计算结果的外特性与内特性,通过模型试验验证了数值模拟计算结果的准确性。结果表明,泵装置效率和扬程随导叶相对位置逐渐增大呈现先上升后下降的趋势,导叶与叶轮之间的相对距离存在最优值A=10 mm,在此位置时,泵装置效率和扬程相对最高,导叶体水力损失与出水流道水力损失相对最小,导叶体对于动能的回收能力强。小流量与设计流量工况下,出水流道进口平均涡角的大小随导叶相对位置先减小后增加,对应出水流道水力损失先下降后上升的趋势。大流量工况下,平均涡角不随导叶相对位置变化而变化。     

旱作覆膜玉米生长和水分利用对气候变化的响应

基于3 a连续冬小麦-夏玉米覆膜轮作试验校准和验证AquaCrop模型的适用性,模拟研究了气候变化对夏玉米生长、产量和水分利用的影响,分析了覆膜措施对气候变化的应对效果。结果表明:关中地区(以武功、宝鸡和西安地区为例)年平均温度呈逐年递增趋势,温度增加幅度由高到低依次为宝鸡、西安和武功,增温速率分别为0.20、0.12℃·10a~(-1)和0.09℃·10a~(-1);降雨量呈逐年递减趋势,减少幅度大小依次为西安、宝鸡和武功,减小量分别为3.59、3.23 mm·10a~(-1)和2.64 mm·10a~(-1)。AquaCrop模型在关中地区表现出了良好的适用性,可以较好地模拟连续覆膜条件下作物的产量指标、水分利用和生长的动态变化,冠层覆盖度模拟值和实测值之间的均方根误差(RMSE)介于1.1%～15.3%,生物量模拟值和实测值之间的RMSE介于0.626～2.540 t·hm~(-2),土壤贮水量模拟值和实测值之间的RMSE介于12.6～47.4 mm。模拟研究表明,上世纪60年代以来,随着气温不断升高,武功、宝鸡和西安地区的夏玉米生育期均呈逐年缩短趋势,特别是1980s以来,减少幅度达2.76、4.82 d·10a~(-1)和5.94 d·10a~(-1);在不同的降水年型下,覆膜处理产量均高于裸地处理,且其变异系数较小;在干旱气候条件下,覆膜处理依然可以获得一定的籽粒产量,与裸地处理相比,覆膜处理表现出了较好的稳产效应。同时,覆膜处理有效减少了玉米苗期土壤表层蒸发(平均减少7.6 mm),从而在土壤中保蓄更多的降雨;覆膜处理虽然增加了土壤耗水量,但其通过保蓄土壤水分,稳定作物产量,有效提高了玉米的水分利用效率。因此,关中地区旱作覆膜可以有效适应当地气候变化,在一定程度上应对干旱气候,具有较好的增产稳产效应。     

基于DPSA算法的“单库-单站”水资源优化调度方法研究

提出了单座水库与单座补水泵站水资源优化调度的非线性数学模型,模型以年内各时段的缺(弃)水量的平方最小为目标函数,各时段水库供水量和泵站引提水量为决策变量,各时段水库库容为状态变量,以年调节水库可供水量、泵站年引提水总量、水库与补水泵站的联合运行准则(泵站闲时补库、忙时供水)等为约束条件,并以南水北调东线一期江苏境内"骆马湖-皂河站"为实例,采用动态规划逐次逼近法进行求解。结果表明,相同供水保证率时,50%、75%、95%来水频率下泵站补水量、缺水量、弃水量比常规调度均有减少。     

结果期滴灌施肥频率对黄瓜生长和产量的影响

以大棚黄瓜为对象,在结果期分别每隔3、6、9、12、15 d膜下滴灌施肥1次,共设置5种滴灌施肥频率,以传统沟灌为对照,研究不同滴灌施肥频率对黄瓜株高、茎粗、叶片数和产量的影响。结果表明,与传统沟灌相比,采用滴灌施肥有利于黄瓜的生长并获得高产;不同滴灌施肥频率条件下,各处理间茎粗、叶片数和产量有明显的变化趋势,但相互间差异不显著(P0.05);随滴灌施肥间隔时间的增加,植株相对越高大粗壮,叶片相对越多,当间隔时间超过12 d时,趋势相反,不利于作物的营养生长;滴灌施肥3 d/次的产量相对最高,为117.6 t/hm2,故大棚黄瓜结果期滴灌施肥频率以3 d/次为宜。     

不同灌水量和矿化度对小麦生长影响的试验研究

通过在西北旱区石羊河流域开展的田间小麦咸水灌溉试验,研究了咸水灌溉对小麦生长指标及产量的影响。试验设置2个因素,灌水量3个水平W1、W2、W3(355、280、205mm),灌水矿化度4个水平S1、S2、S3、S4(0.7、3.0、5.0、7.0g/L)。试验结果表明:在相同灌水量条件下,随灌水矿化度的增加,株高降低2.7%~16.0%,叶面积指数降低9.65%~28.28%、产量降低1.81%~27.02%、干物质减少15.66%~34.42%;在相同灌水矿化度条件下,随灌水量的减少,株高降低1.37%~11.67%、叶面积指数降低14.07%~20.45%、减产7.31%~27.33%、干物质减少10.26%~49.04%。在充分灌溉(355mm)处理下,与0.7g/L相比3.0g/L处理对小麦各生理指标影响差异较小,株高相差小于1cm、叶面积指数减少7.6%、减产1.81%、干物质减少7.1%。因此,灌水量355mm和矿化度3.0g/L可应用于该地区小麦灌溉。     

成水灌溉对土壤盐分分布和物理性质及制种玉米生长的影响

在石羊河流域通过开展咸水灌溉田间试验,研究了不同矿化度(微)咸水灌溉对土壤盐分分布和物理性质及制种玉米生长的影响.田间试验设4个灌溉水矿化度水平:S0、S3、S6、S9,分别表示矿化度为0.71、3、6、9 g/L.结果表明,咸水灌溉条件下,作物收获后与播种前相比较,0～100 cm土壤剖面中S9、S6、S3、S0处理的平均含盐量的变化值分别为0.190、0.157、0.115、-0.010 g/kg.咸水灌溉引起了土壤体积质量、孔隙度和饱和导水率等基本物理性质的改变,随着咸水灌溉次数的增多,土壤体积质量有逐渐增大的趋势,而孔隙度和饱和导水率有逐渐减小的趋势.灌溉水的矿化度越高,其变化幅度也越大.咸水灌溉条件下S9、S6、S3处理制种玉米的株高分别比淡水处理S0低16％、13％、10％,叶面积指数分别比淡水处理S0低24.1％、18.1％、4.1％,产量分别比淡水处理降低32.8％、29.1％、23.2％.     

基于大系统分解-动态规划聚合法的多块滩涂围垦进度决策优化

为了解决多块滩涂围垦进度决策问题,采用大系统分解-动态规划聚合法对多块滩涂的土地利用进行优化和最优开发。将多块滩涂框围进度最优决策模型分解为若干个单块滩涂土地利用规划线性子模型,采用动态规划逐次逼近法对子系统进行优化,确定各块滩涂在不同投资现值下的多阶段一系列优化结果与收益及费用指标体系,再针对各块滩涂围垦决策子模型采用动态规划法进行动态规划聚合,对多块滩涂进行围垦进度决策。求解方法能够给出多块滩涂框围进度和相应土地利用最优布局和开发进度决策。     

轴流泵多工况优化设计及效果分析

为了提高轴流泵非设计工况的运行效率,拓宽轴流泵高效区范围,对轴流泵进行多工况优化设计。结合轴流泵段的模型试验,采用数值模拟手段和数值优化技术,改变叶轮的几何设计参数。对轴流泵叶片进行参数化建模,再对轴流泵叶轮结果进行泵段数值模拟。最后以轴流泵段3个流量工况点的加权平均效率最高,扬程为约束条件,改变轴流泵叶轮的设计参数,对轴流泵段进行多工况优化设计。研究结果表明:优化后轴流泵段效率曲线较初始泵段明显变宽,其中小流量工况点效率提高约2.6%,设计工况点效率提高约0.5%,大流量工况点效率提高最多,约7.4%,而对于扬程变化范围较小,各工况点扬程均能满足运行要求,大大降低了运行成本,缩短了优化设计的周期。同时采用CFD计算的学科分析方式,结合试验研究的手段取代人工凭经验的优化方式,证实了轴流泵段多工况优化设计的可靠性、高效性。该研究将为泵站的高效运行和轴流泵的多工况优化设计提供参考。