海河二道闸和防潮闸优化调度研究

汛期为腾空海河河道并保证二道闸下咸水不致上溯，二道闸闸下水位应控制在1.0m左右。利用一维非恒定流模型对海河自西河闸至入海口河段进行数值模拟，研究了西河闸分流量为80、100、120m3/s3种情况下，海河防潮闸和二道闸优化调度结果。     

干旱地区区域内部洪水资源调配研究——以天津市南北水系沟通工程为例

依据历史水文数据和区域水资源现状,阐述了20世纪以来天津市湿地萎缩的趋势和成因,论述了该地区进行汛期洪水资源存储的必要性和可能性。实施境内区域水资源的优化调配,建设南北水系沟通工程引北部富余雨洪水南调入北大港水库,是天津市洪水资源利用体系的重要组成部分。基于Newton-Raphson方法和松弛算法建立一维河网非恒定流水动力学模型,对西线调水工程拟建路线和30 m3/s和50 m3/s两种方案进行数值计算,结果表明:该工程线路可以实现自流调水,调水过程平稳且线路沿程控制水位较低。分析工程实施对环境影响,通过加强水质监测、合理选择调水时机、及时修复施工所占用土地等措施,可减弱工程对环境的不良影响。     

基于CMAC神经网络的自适应渠道输水自动控制研究

介绍了小脑模型神经网络CMAC的原理及基于CMAC的自动控制方法。在渠道输水控制技术的基础上,依据CMAC神经网络学习速度快、能够表达复杂非线性关系、适合于适时控制的特点,提出了基于CMAC的渠道输水控制模型。仿真结果表明,基于CMAC的渠道输水控制,算法简单方便,具有实时性、稳定性和较强的鲁棒性,控制效果较为理想。     

平底悬链线形明渠水力最优断面求解

断面设计是渠道设计的重要内容之一,适宜的渠道断面不仅能够增加过流能力,提高输水效率,减小输水损失,还能降低建造成本。该文提出了一种具有平底和悬链线形侧边的明渠断面。这种断面将平底和悬链线侧边平滑连接,既具有平底断面建造容易、灵活,管护方便,底部容易压实,侧边和平底可以用不同材料建造(以降低成本)等优点,也具有悬链线形断面过流能力大、无应力集中拐角、不宜渗漏、防冻胀能力强,耐久性好等优点,可广泛应用于大、中、小型渠道及寒区,具有良好的实用价值。推导了过流面积、湿周、水面宽度等水力断面特性计算公式。提出了一个更简单的正常水深的迭代算法。基于拉格朗日乘子法,推导出了平底悬链线形明渠的水力最优断面,结果表明其水力最优断面的底宽与水深比、水面宽与水深比、底宽与形状系数比、水面宽度与形状系数比、形状系数与水深比均为常数:宽深比等于0.405,形状系数与水深比等于0.474,水面宽与水深的比值为2.112,底宽与形状系数的比值为0.855。与现有平底断面(梯形、平底抛物线形、平底半立方抛物线形)进行了比较,结果表明,在过流面积或湿周一定的情况下,平底悬链线形断面的过流能力最大,相反,在流量一定的情况下,平底悬链线形断面的过流面积、湿周、水面宽度是最小的。与传统的悬链线形渠道进行了比较,增加平底后,在同等条件下,平底悬链线形渠道水力最优断面的过流能力不仅没有降低,反而增加了,意味着其经济性也优于传统的悬链线断面。研究为平底悬链线形渠道设计提供理论支撑。     

基于RBF人工神经网络的下游常水位自适应渠道输水控制研究

针对传统渠道输水PID控制方法响应速度慢、超调量大、参数不能在线自调整的不足,根据RBF神经网络和渠道输水特点,提出了将传统渠道下游常水位输水PID控制和RBF人工神经网络结合的输水控制方法,使输水控制具有自学习、自适应、容错性和鲁棒性。推导了RBF网络整定PID输水控制调节器的算法。仿真结果表明,基于RBF网络的PID输水控制方法,能够通过不断学习自动调整控制参数,使输水控制过程超调量小、响应速度快,具有不需要特意选择或计算控制参数的特点。因此,基于RBF神经网络的参数非线性PID控制更适合进行渠道输水这样高度非线性系统的实时控制过程。     

引水岔管水力特性三维数值计算

利用 - 紊流数学模型，对某抽水蓄能电站75º非对称引水岔管水力特性进行了三维数值计算，分析了不同工况下该体型岔管的压强分布﹑流速分布﹑压强与流速沿轴线变化、以及水头损失，其中水头损失计算值与试验值进行了比较。最后，对岔管体型和运行方式提出了建议。     

蓄滞洪区蓄水模拟研究

以天津市大黄埔洼蓄滞洪区蓄洪过程的三维动态模拟研究为例，阐述了利用ArcGIS开发蓄滞洪区三维蓄洪仿真模拟的一般原理和方法，以求对于一般的三维地形地貌的模拟具有借鉴性。利用ArcGIS9.0为开发平台，采用COM（组件对象模型）技术，结合编程语言Visual Basic对ArcGIS9.0提供的Arcscene进行了二次开发，建立了蓄洪三维演示模块。所建三维演示模块能够计算蓄滞洪区的蓄水量和淹没面积，对蓄滞洪区蓄洪调洪提供决策上的支持，弥补了传统的二维可视化的局限性。     

明渠输水运行的步进式自动控制方法及应用

根据渠道输水的实际运行特点,提出了步进式PID渠道输水控制模型。在步进式PID渠道输水控制过程中,目标水位不是一次设定的静态水位,而是动态的,多次使输入指令一步一步的逼近所要求的最终目标水位,步进PID将使渠道输水更稳定,且响应速度可控制,有简单实用、可控性强的特点。仿真结果表明,较常规PID,步进式PID控制渠道输水,水位波动小,超调量小,较适合明渠输水控制的实际运行情况。     

二分之五次方抛物线形明渠设计及提高水力特性效果

为提高抛物线形断面的水力特性,增加输水能力,该文提出了一种二分之五次(以下简称2.5次)方抛物线形渠道断面,推导其水力断面特性。将湿周用高斯超几何函数表示后,将水力最优断面的最优化模型转换为关于宽深比的一元方程,得到2.5次方抛物线形渠道水力最优断面的解析解,其最优宽深比为2.088 3。比较结果表明,2.5次方抛物线形断面较常规抛物线形断面具有更好的水力学特性。与平方、半立方抛物线形断面比较,在相同水深条件下,2.5次方抛物线形水力最优断面的过流能力更大。相反,在相同流量下,2.5次方抛物线形水力最优断面的过流面积、湿周、水深更小。2.5次方抛物线形水力最优断面的建造成本与其他2种断面相比是最小的。进一步地,为便于工程应用,基于高斯勒让德算法,提出2.5次方抛物线形断面的三点和四点格式近似湿周算法。结果表明,四点格式近似算法具有较高精度。研究可为明渠设计提供理论依据。     

冰盖下梯形及抛物线形输水明渠正常水深显式迭代算法

随着冬季用水量的增加,越来越多的输水工程在冬季冰盖下输水,冰盖下输水已经成为一种常态化输水方式,但目前对明渠正常水深的显式计算方法的研究主要针对不结冰渠道的,缺少对冰盖下输水时正常水深的显式计算方面的研究。该文推导了梯形断面冰盖下输水时正常水深和流量关系,提出了正常水深的简易显式迭代算法,并经过证明,此迭代算法是收敛的。用同样的方法,推导了抛物线形断面冰盖下输水时正常水深和流量关系,提出了计算正常水深的简易显式迭代算法。算例表明,该文提出的冰盖下梯形断面和抛物线形断面的显式迭代算法具有形式简单、计算量小、精度高,收敛性好的特点,一般需要3~5次迭代就可使误差小于0.01 m,当增大迭代次数时,误差进一步减小。研究为冰盖下输水渠道正常水深计算提供了便捷的计算方法,对冰期输水渠道的设计及运行管理具有理论和实践意义。