输水渠系着生藻类水力生消动态建模及仿真研究

明渠输水系统由于着生藻类生长等因素,渠道糙率增加、渠道输水能力降低.现有的物理、化学、生物除藻方法因其各自的局限性而无法在灌区管理中广泛应用.水力除藻从水动力学角度出发,通过增大剪切层内水流对边界的剪应力,达到剥离水藻的目的.而研究水力除藻,水藻不能视为固定、静态的边界,因此需要建立藻类的生态系统模型.综合了以流速、温...     

输水渠道设计中糙率取值的模型分析

[目的]研究在输水渠道设计中,糙率与影响设计断面各水力要素之间的关系.[方法]主要是通过水工模型试验,测定不同流量下各水力要素值,通过分析比较,总结得出影响渠道输水能力的参数取值及水力要素的相互关系.[结果]①经试验分析得知在输水渠道设计时,某一输水区段内水面曲线和流量的关系并不是线性关系.②同一底坡下,输水渠道时沿流...     

浙江省主要类型渠道输水效率测定及查算表绘制

我国目前广泛采用的渠道输水效率(渠道水利用系数)估算方法不能满足当前实际工作的需要。在17个灌区97条渠道的渠道输水效率静水法测试基础上,建立了不同类型渠道过水能力(流量)与单位长度渠道输水效率的关系,绘制了浙江渠道输水效率查算表。该表涵盖了浙江省主要类型渠道,考虑了渠道运行年限和挖填方对渠道输水效率的影响,根据渠道流量直接查算每km渠道的输水效率,简单方便,精度比较高,能够满足实际工作需要。     

湖南省渠道防渗现状与发展对策

湖南省的渠道防渗,在衬砌方式、防渗材料、施工方法与工艺等方面进行了大量的研究与有益的探索。渠道防渗节水效果显著,投资省,成本低,降低了糙率,提高了输水能力,减少了渠道垮塌和淤积。湖南省大、中、小型灌区的渠道尚有７０％未衬砌,渠道防渗的任务繁重。搞好渠道防渗,是湖南省实现工程水利向资源水利转变的重要措施之一。     

基于断面比能和大数据的明渠量水方法及其应用研究

根据明渠恒定渐变流形成条件和水力特性,以断面比能为理论依据,采用迭代法计算明渠流速、流量,构建了基于断面比能和大数据的新型明渠双水位量水方法。通过在冶河灌区实际应用,对采集的水深数据和实测的流量数据进行大数据计算,得出不同上下游水深对应的水力坡度和流量,提出糙率按水深和时段分区取值,并在此基础上绘制明渠恒定渐变流Q～H_s～ΔH关系曲线,分析实际工程中时段、边壁条件对糙率系数的影响,阐述明渠量水段应具备的条件。该方法理论依据充分,糙率取值较合理,流量精度较高,研究结果可为灌区量水技术方法创新和应用提供参考。     

响水灌区渠道输水能力模糊综合评价

节水灌溉是我国社会发展首要任务,针对目前响水灌区渠道输水损失严重的问题,运用模糊综合评价方法建立评价模型,对响水灌区的4个干渠的渠道输水能力进行评价。结果表明:渤海二干渠渠道输水能力相对较差,渠道水损失最为严重应予以重视,并且采取必要的措施。研究结果为响水灌区提高渠道输水能力、降低灌溉成本提供了科学依据。     

灌区明渠糙率及其计算方法

明渠糙率是影响灌区输配水和排水过程的重要参数,获取准确的糙率值是提高明渠设计合理性、实现灌区水动力多过程高精度模拟、提升灌区用水管理质量的重要前提.为提高灌区明渠的糙率计算质量,从定量的视角回溯了糙率表征的发展历史,阐述了各类糙率计算公式的来源及其之间的逻辑关系,分析了工程和物理影响要素,其中,工程要素主要包括渠道断面尺寸、壁面粗糙度、水工建筑物形式、渠道平顺情况以及渠底比降等,物理要素主要包括傅汝德数和湍流状态.在此基础上,首先回顾了糙率的原型观测方法,因为其是其他糙率获取方法的基础,进而对系统辨识方法、基于水动力方程反算的糙率优化方法、基于数据同化的糙率同步求解方法等研究工作进行了阐述,讨论了GPU并行计算技术、大数据分析技术和web技术快速发展的背景下糙率计算方法的发展趋势,在GPU海量并发线程背景下,着重分析了人工智能技术强悍的图形图像识别能力与渠道水动力过程基础波形及其非线性叠加水波波形以及水工建筑物几何信息之间的结合方法,指出该方法具有能实时获取不同空间平均糙率的显著优点,具有巨大的理论与应用潜力.     

大型渠道测量的精度问题

解放以后,我国兴建了数以万计的渠道水利工程,但有些渠道工程兴建后,不能满足设计流速和流量的要求,冲刷、淤积严重.但对产生问题的原因往往认为是选择糙率的问题,却忽视了测量误差的影响.本文结合目前实际测量精度,以误差理论的基本知识,分析渠道测量误差对设计流速和流量的影响,从而提出纵断面水准测量的合理精度.     

引黄济津应急调水工程河北段输水

针对引黄济津应急调水工程河北段的输水能力进行了研究。渠段的输水能力是指渠段所能通过的最大入流量，即渠段的首端断面所能通过的最大流量。根据引黄济津应急调水工程近4年的实测数据，构建了适于干河床水流推进过程渗漏损失的改进模型、小水深情况下的糙率加大模型，并采用均匀试验优选方法对水力参数进行了反演，利用非恒定流模型对引黄济津河北段渠系输水能力进行了计算。结果表明，建立的渗漏损失改进模型、小水深情况下的糙率加大模型是合理的，反演得到的参数是精确的；由于在水流推进与涨水阶段渠床的非稳定渗漏起了较大作用，所以各渠段的输水能力在非稳定输水阶段比稳定输水阶段稍大。输水能力的计算结果可以为引黄济津未来几年的输水规划与调度提供具体的指导。     

引黄济津应急调水工程河北段输水能力计算

针对引黄济津应急调水工程河北段的输水能力进行了研究。渠段的输水能力是指渠段所能通过的最大入流量，即渠段的首端断面所能通过的最大流量。根据引黄济津应急调水工程近4年的实测数据，构建了适于干河床水流推进过程渗漏损失的改进模型、小水深情况下的糙率加大模型，并采用均匀试验优选方法对水力参数进行了反演，利用非恒定流模型对引黄济津河北段渠系输水能力进行了计算。结果表明，建立的渗漏损失改进模型、小水深情况下的糙率加大模型是合理的，反演得到的参数是精确的；由于在水流推进与涨水阶段渠床的非稳定渗漏起了较大作用，所以各渠段的输水能力在非稳定输水阶段比稳定输水阶段稍大。输水能力的计算结果可以为引黄济津未来几年的输水规划与调度提供具体的指导。     

引黄灌区首部枢纽泥沙输移特性与流速试验研究

为了探究引黄灌溉枢纽挟沙水流沿程含沙量变化规律和悬移质泥沙的垂向分布规律,推求首部枢纽有害泥沙悬浮的临界不淤流速,阐明减少有害泥沙引入的措施与方法,以提高输配水利用效率.以山西尊村灌区为主要研究对象,通过对一级站首部枢纽2019年5—7月取黄河水样及工况、断面流速、水深、水面宽度数据监测,分析了泥沙含量、沉起流速,采用马尔文Mastersizer 3000仪器处理分析了粒径级配,修正了适用于尊村灌区首部枢纽的挟沙力、扬动流速公式.结果表明：干渠黄河水泥沙含量与来水工况呈正相关;尊村灌区所引黄河泥沙粒径以0.006～0.200 mm为主;尊村灌区淤积与黄河口流速及粒径大小密切相关.建议增长泵前黄河口输水距离,流速控制在0.30 m/s左右,同时对引水口清淤;干渠以大于2.06 m/s流速定时冲刷.实际运行中单机组工况应控制在7.50 m³/s左右以减少有害泥沙引入,干渠流速控制在0.42 m/s左右,输配水效率最高.     

Improving mole drainage channel stability in irrigated areas

Mole drains in flood irrigated agriculture can rapidly fail due to high flows of irrigation water entering the mole channel through the soil cracks formed during the moling process. Currently mole drains are formed using a straight leg mole plough that results in rapid irrigation water flow to the mole drain. The use of an angled leg mole plough to reduce the direct inflow of irrigation water and produce more stable mole channels was investigated. The leg of the angled leg mole plough comprised an upper vertical section to which an angled section carrying the mole foot was attached at a 30° angle. The trials were carried out on two contrasting clay soils in a flood irrigated area. One of the soil types was structurally stable on wetting, the other unstable. The quality of the mole channels formed at installation using the straight leg plough was good, but using the angled leg plough were only moderate due to some instability problems with the equipment. This was caused by the mole foot pitching and thus forming an oval channel.After installation, irrigation was applied to the mole channels to ascertain their stability on wetting. The angled leg moles proved more stable than the straight leg moles in the unstable soil. This was due to reduced water flow rates into the channel causing less erosion and to the prevention of the leg slot opening up directly into the mole channel, through shrinkage, during dry periods. The latter prevented significant soil wash and ingress into the channel during the following irrigation. This improved stability is of significant importance in that it may allow the adoption of mole drainage on sodic and swell/shrink soils where previously mole drainage would have been ineffective.In the structurally stable soil, the stability of the angled leg moles was found to be slightly worse than those installed with the straight leg plough. This was probably due to inadequate soil packing in the channel roof during installation.The trial results indicate that mole channels installed with angled leg plough have the potential for much greater stability on sodic and swell/shrink soils than moles installed with current straight leg mole ploughs. Before this potential can be fully achieved further development of the mole ploughing technique is required to ensure that high quality moles are consistently formed at installation. Suggestions are made for future improvements to the mole plough and the moling technique.     

关于浑水管道输水系统临界不淤流速的试验研究

我国北方渠灌区多以多泥沙河流为水源,管道淤堵问题是影响管道输水灌溉技术在渠灌区推广应用的制约因素之一。而解决浑水管道泥沙淤堵问题的关键在于其临界不淤流速的确定。根据我国浑水渠灌区泥沙特点和运行实际,以泥沙运动力学为理论基础,利用管道输水试验系统,对不同含沙量下的临界不淤流速进行了系统试验研究,得出临界不淤流速经验公式,为浑水渠灌区管道输水系统防淤堵提供了理论依据。     

引黄灌区侧向取水口泥沙淤积和入渠特性

以内蒙古磴口引黄扬水灌区为研究对象,根据4个灌水期泵站开、停泵时取水口前的泥沙淤积厚度以及运行期间取水流量和入渠含沙量的检测结果,研究了取水口泥沙淤积特性和入渠特性.结果表明,流速比和取水口分流宽度是影响泥沙入渠的主要因素.流速比越小,取水口分流宽度越大,横向环流作用越强,推移质入渠量越大.侧向取水的泵站,取水主流区偏向下游,当流速比增大时,取水主流区更偏向下游.在平面回流和横向环流的共同作用下,取水口推移质入渠量呈现下游大于上游的分布.取水口前设置拦沙坎可以有效地阻止推移质入渠,拦沙坎顶部设在距自由水面1.6 m以下,既可以极大地减少泥沙入渠,又可以获得较好的水流流态,防止水泵空化、气蚀.     

翼柱型量水槽在3种常用渠道上的应用性能对比试验研究

翼柱型量水槽是一种新型量水槽,其应用在灌区具有成本低、便于修建、量水精度高的特点。【目的】探讨翼柱型量水槽在矩形渠道、梯形渠道、U形渠道上的适用范围。【方法】试验在矩形渠道、梯形渠道、U形渠道上分别设计3种收缩比的量水槽,在不同流量工况下进行试验,并对测流精度、佛汝德数、水头损失、壅水高度等进行比较分析。【结果】拟合出矩形渠道、梯形渠道、U形渠道不同收缩比量水槽的流量公式,平均误差分别为0.42%、1.34%、1.65%,均满足规范误差小于5%的要求;翼柱型量水槽在3种渠道上游佛汝德数Fr均小于0.4,在U形渠道上游Fr最小;翼柱型量水槽在3种渠道上最大临界淹没度均大于0.85,应用于U形渠道的最大临界淹没度最高;矩形渠道修筑翼柱型量水槽产生的水头损失占上游总水头比例最小。【结论】翼柱型量水槽可用于灌区节水续建配套,同一比降条件下,矩形渠道与U形渠道衔接位置应用翼柱型量水槽效果最佳。     

宁夏大型灌区续建配套与节水改造项目——以第二农场渠为例

宁夏大型灌区续建配套与节水改造项目自1998年启动实施以来,灌区骨干工程安全状况有了较大改观,渠道综合调控能力不断增强,全灌区节水意识进一步提高,灌区“两改一提高”工作稳步推进,除险保安、节水增效成果显著。但由于灌区水利工程大多是20世纪五六十年代在原有基础上改造和修建的,灌区规模大,历史遗留问题多,水利基础设施薄弱,改造需求量大,加之投入有限,目前灌区仍存在水资源综合调控体系不完善、渠道砌护率低、大型泵站老化严重、沟道排水不畅、骨干渠系防洪体系脆弱、管理设施差等突出问题,灌溉水利用系数只有0.41,成为全国老化失修最严重的灌区之一。      

Two-dimensional surface water flow simulation of basin irrigation with anisotropic roughness

Simulating basin surface water flow with anisotropic roughness has practical significance. Based on the complete hydrodynamic model, a two-dimensional surface water flow model of basin irrigation with anisotropic roughness was developed in this study by constructing an anisotropic roughness model in the source terms of the governing equation. Then, the simulation performance of the proposed model was analyzed and compared based on typical experiments of basin irrigation. The results show that with basin surface anisotropic roughness, the proposed model can successfully simulate water flow in basin irrigation, and exhibits better simulation performance than the model with isotropic roughness. Three basin geometries and two kinds of inflow geometries were selected for the application of the proposed model. Applied results show that the anisotropic roughness can improve irrigation performance. When the basin width becomes narrow, the physical effect of the rotation angle in the anisotropic roughness model weakens, even becomes smooth. The two-dimensional surface water flow model of basin irrigation with anisotropic roughness provides a good numerical simulation tool for designing and evaluating the performance of basin irrigation system.     

不同动态水压模式下迷宫流道内颗粒物运动特性研究

采用PTV技术,观测三角函数、三角、台阶、矩形波形动态水压模式下迷宫流道内颗粒物的运动情况,分析不同动态水压模式下迷宫流道内单个颗粒物运动轨迹、运动速度及流体流场,揭示动态水压抗堵塞机理。结果表明:相对于三角、台阶及矩形波形动态水压模式,三角函数波形动态水压模式下颗粒物滞留滞止区内的时间最短,颗粒物的沉积概率最小,水流对颗粒物的输移能力最大;三角函数波形动态水压模式下流道内产生的水流波动效应不断冲击流道滞止区内存在的低速漩涡,加剧了滞止区水流紊动,进入滞止区的颗粒物随水流不断运动,并对滞留甚至沉积在滞止区内的颗粒物发生强烈冲击,使得颗粒物离底悬浮,返回主流区,并迅速通过流道,增大了水流对颗粒物的输移能力,增强了流道的抗堵塞性能。     

四川红层地区渠道加固整治实用技术研究与应用

【目的】在四川红层地区修建的渠道等水工建筑物,因衬砌材料特性、水流冲刷磨损、风化剥蚀、植物根系侵蚀以及长期运行,造成渗漏、阻水等病害现象十分严重,且边坡崩塌等地质病害问题逐年加剧,因此病害治理是灌区节水改造工程的重点。【方法】在研究都江堰灌区节水改造工程渠道整治技术的基础上,提出了采用电焊网为增强材料、铺设锚固后以水泥砂浆覆盖的施工技术作为红层地区渠道加固整治实用技术。【结果】通过运行效果分析,既达到渠道边坡稳定、防渗减糙、满足过流能力等功能保障,又能节约国家投资、少占耕地、节约工期、保护生态。【结论】渠道加固整治实用技术是费省效宏、节能减排的研究技术,在都江堰灌区应用广泛。     

引黄灌渠泥沙迁移特性与渠道挟沙力模型试验研究

【目的】探索灌渠泥沙迁移特性及泥沙级配的沿程变化规律,找出减少渠道泥沙淤积的方法,保障灌区正常运行。【方法】通过对尊村灌区典型干渠高含沙水流实时监测采样,分析了悬移质泥沙沿程含沙量变化及级配特征,并根据实测数据带入4个典型挟沙力公式,筛选出适合尊村灌区的挟沙力公式,进一步改进得到尊村灌区渠道挟沙力计算公式.同时,通过一干渠改造段实测数据,推求出一干渠冲淤平衡比降计算公式。【结果】不同粒径泥沙的输移特性不同,总干渠悬移质含沙量随来水含沙量的增加而增加,渠道淤积主要与粉粒和砂粒量有关,其中砂粒对来水含沙量的变化表现得最为敏感,而黏粒更多的被水流带走,渠道由非平衡输沙经冲刷、淤积达到冲淤平衡输沙的过程比较缓慢。同时沉沙池能有效地减小引水中砂粒量。二干渠末清淤修缮段依旧存在泥沙淤积问题,一干渠剩余未改造部分,在条件允许的情况下,建议增大比降。【结论】含沙量在2 kg/m3内时,一级站来水量在8 m3/s左右,渠道基本实现冲淤平衡。