长引水明渠水力瞬变特性的模拟与分析

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试析水电站导流明渠水力模型

试析水电站导流明渠水力模型0引言在大江大河上进行截流，往往具有设计流量和单宽流量大、出口流速高等特点。

在此工况下，为保证导流明渠的运行安全，导流明渠的体型与布置、消能与防冲设施、上下游围堰的结构等设计方案均需要通过水力模型进行试验，从而对设计方案的合理性进行验证或进行优化。

1 模型设计与制作水力模型通常为正态模型，按照重力相似的准则设计。

模型比尺多取40～70，几何比尺（λL）同模型比尺，流速比尺λv=λL0.5，流量比尺λQ=λL2.5，糙率比尺λn=λL1/6，时间比尺λt=λL0.5。

模型模拟包括上下游河道，建筑物模型可考虑灰塑板等材料制作，导流明渠衬砌段可考虑现浇的钢筋混凝土板。

模型的糙率，河道平面尺寸、建筑物尺寸安装高程等精度应严格控制。

试验供水通常采用蓄水池、水泵房、平水塔、供水管和同水槽等循环供水，供水系统通过阀门控制，上游进水部位设置平水设施和量水堰。

2 实验结果及其分析水力模型的试验结果通常从如下几方面进行分析：2.1水流流态水流流态主要分析明渠进口、渠身段和出口段所呈现的不同变化特征。

通过控制入流流量，观测不同流量情况下的水面波动、回流、泡漩、夹堰水等状况，结合地形特征分析所对应工况的水流是否平顺、存在的水流跌落是否合理、存在波浪的大小及成因、动静水分界线的变化等，对导流明渠的形态有全面的认识和掌握；同时也可分析水流经过导流明渠后的回归主河流的归槽情况，为导流明渠的体型尺寸、上下游围堰的结构、防冲效能设施的布置等设计或优化提供参考和依据。

2.2水面线水面线可以通过在明渠底板上布置水位测点来观测明渠沿程水深的变化。

根据导流明渠纵横比降以及下泄流量的不同，同一断面不同侧的水位存在差值，而不同断面的水位也会产生明显的差异。

根据水面线的变化，可以分析水面壅高或跌落的原因，为分析上下游河床围堰顶高程、下游建筑物的布置提供分析依据。

2.3流速由于河床围堰、导流明渠形体尺寸和地形的变化特征，水流进入导流明渠后主流容易产生偏移，流速存在不同的分布规律。

某水电站压力前池不同模型过渡过程的计算对比

某水电站压力前池不同模型过渡过程的计算对比崔伟杰;张健;陈胜【摘要】引水明渠作为输水系统的水电站通常设有压力前池.在过渡过程工况,前池内的水位会发生急速变化,影响工程的安全稳定运行,需要计算前池内的最高、最低水位.本文针对某具有长引水明渠的引水式电站的压力前池,分别采用明渠和调压室两种一维模型进行数值模拟.结果表明,在长引水明渠水电站的明渠末端设置的压力前池,两种模型计算的过渡过程结果差别不大.【期刊名称】《三峡大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(038)004【总页数】4页(P36-39)【关键词】压力前池;过渡过程;明渠;数值模拟;对比【作者】崔伟杰;张健;陈胜【作者单位】河海大学水利水电学院,南京 210098;河海大学水利水电学院,南京210098;河海大学水利水电学院,南京 210098【正文语种】中文【中图分类】TV135.3明渠引水式水电站通常在引水明渠末端与下游有压管道之间设置压力前池作为连接建筑物，以起到平稳水头、宣泄多余水量、拦截和排除污物、泥沙、浮冰等的作用[1]．由引水明渠、压力前池、有压管道构成水电站的输水系统．当机组增、甩负荷时，明渠、前池以及有压管道内的流量、水位或压力均会发生变化，其极值通常控制着工程的安全．由于压力前池体型复杂，当系统机组发生增减负荷时，前池内的水流会发生不规则的流动，通常利用三维有限元软件可以模拟出压力前池内的水流流态．超长引水明渠三维数值模拟需要大量的计算资源，往往难以满足．而超长引水明渠自身在长度上的尺寸比截面方向的尺寸大得多，同时明渠断面形状也变化不大，一维简化是简单有效的计算模拟方法．通常，压力前池的一维模型建立有两种，一种是将压力前池当作调压室，采用调压室一维数学模型进行数值计算；另一种是将压力前池作明渠处理，采用一维明渠非恒定流基本方程计算非恒定流过程．明渠非恒定流采用普利斯曼(Preissmann)隐式差分法计算，有压管道非恒定流一维模型采用特征线法计算．本文针对某一长引水明渠水电站，对输水系统中的压力前池分别采用调压室和明渠两种模型，进行水电站过渡过程的数值模拟，重点比较两种模型计算下前池水位的变化．该水电站为引水式电站，由长引水明渠、压力前池、有压管道、厂房、尾水渠等组成．其中引水渠首至压力前池共10.488 km．前池设有薄壁侧堰，堰顶高程1 209.70 m，堰宽35.0 m．前池正常运行水位为1 209.60 m．电站额定水头133.68 m，共有3台机组，采用一管一机的布置型式，通过闸门与前池连接．机组参数见表1．用流量和水深作为因变量描述的圣维南方程组：式中，Q为断面流量；y为断面水深；A为过水断面面积；B为水面宽；s为能量坡度；g为重力加速度．上述偏微分方程组一般无法直接求出解析解，可以使用差分方法离散，求出其数值解．利用普利斯曼四点差分格式，将偏微分方程改写成非线性代数方程，并采用牛顿-雷伏生方法可得式(1)和式(2)的线性化方程：其中，为4个独立未知量，此未知量对于任何两个邻近断面是共有的．a2j、b2j、c2j、d2j、e2j+1、D2j等为与断面形状、水深、流量等有关的系数，详细含义见文献[2]．描述任意管道中的水流运动状态的基本方程[3]为：连续方程：运动方程：式中，H为测压管水头；Q为流量；D为管道直径；A为管道面积；t为时间变量；a为水锤波速；g为重力加速度；x为沿管轴线的距离；f为摩阻系数；β为管轴线与水平面的夹角．利用特征线法将偏微分方程(4)和(5)转化成同解的管道水锤计算特征相容方程：式中，HA(t)、QA(t)、HB(t)、QB(t)分别对应管道两端点A、B边界在t时刻的瞬态水头和瞬态流量．由特征线方程(6)和(7)可以得出转轮边界水头平衡方程：机组转动力矩平衡方程：式中，0代表上一时刻计算值，1、2代表转轮上、下边界节点编号；Hr为额定工况工作水头；Qr为额定工况流量；Tα为机组惯性时间常数；βg为机组转动阻力矩无量纲值．薄壁堰的溢流公式：式中，Q为溢流量；m0为薄壁堰流量系数，m0=0.418；B为堰宽；H为堰上水头．采用明渠模型计算时，由流量连续有：式中，Q11、Q21、Q31分别为1号、2号、3号有压管道进口断面的流量．由于明渠表面波的波速比有压管道水锤波速小几百倍，采用统一的时间步长计算明渠和有压管道的瞬变过程计算量巨大．而普利斯曼四点差分格式是隐式格式，计算是无条件收敛的，因此可以选取较大的ΔT计算明渠非恒定流变化以减少计算量．选取ΔT=kΔt．Δt为有压管道水击的计算时间步长，k为整数．设在t0+Δt，t0+2Δt，…，t0+kΔt时刻流入前池的流量分别为Q1，Q2，…，Qk，取ΔT时间内流入前池流量为：2.6 调压室采用调压室模型计算时，由一维调压室流量连续有：式中，A为前池断面面积；y为前池内水位；t为时间；Q1为前池上游明渠出口流量；Qt为下游管道进口流量；Qs为溢流堰流量．由明渠恒定非均匀流水面线微分方程[4]，利用电站的初始引用流量，可以推求出明渠各断面的水位，作为非恒定流计算的初始值．压力前池的最高、最低水位通常是前池安全运行的控制标准．前池最高水通常发生在机组甩负荷工况．计算工况1：前池正常运行水位1 209.60 m，下游正常尾水位，3台机组同时甩额定出力．此工况可计算前池最高水位．工况1下两种不同计算模型前池水位的对比如图1所示，工况1下两种不同计算模型溢流侧堰溢流量的对比如图2所示．由图1可以看出，对于甩负荷工况，两种计算模型下，压力前池的水位变化基本相同，机组甩负荷后大约6 000 s前池的水位趋于平稳，前池最高水位均为1 210.63 m．因为压力前池设有溢流侧堰，当前池升高至一定水位，流量会从溢流堰处溢流，由此限制了压力前池水位的上升．图2结果表明，在机组甩负荷工况，全部流量均从侧堰处溢流．所以，根据溢流堰的计算公式，溢流的流量相同时，堰上水头也是一致的．因此，两种模型计算结果显示的前池的最高水位是相同的．前池最低水位通常发生在机组增负荷工况．计算工况2[5]：两台机组正常运行，前池为正常运行水位，开启一台机组增负荷至额定出力．由于压力前池的体积有限，蓄水量较小，当电站机组增负荷时，有压管道非恒定流波速较大，能够在较短时间内传播至压力前池，压力前池起到补充流量的效果，同时上游明渠会向前池内补充水量．但明渠非恒定流波速很小，导致前池内的流量无法及时补充，随着时间的增加，前池会漏空，机组无法继续运行．解决的方法是提前增加闸门的开度，增加明渠中的流量，即提前补充明渠，并维持流量大小等于运行机组的流量，使得机组开启后，不会导致前池漏空．利用两种模型计算的上游闸门提前开启2 000 s、3 000 s、4 000 s后，前池水位的变化计算结果，如图3～5所示．由图中的计算结果可以看出，两种模型的计算结果相差不大．当上游闸门提前开启时间为2 000 s时，如图3所示，两种模型计算结果均表明，前池水位下降速度均较快，在开启后一段时间就低于前池允许最低水位1 206.60 m，导致前池漏空．当上游闸门提前开启3 000 s或4 000 s时，如图4、图5所示，前池水位先有一定量的溢流，当机组开启后，前池水位降低，但不会低于允许最低水位．如图4所示，利用调压室模型计算的前池最低水位为1 209.19 m，明渠模型计算的最低水深为1 209.14 m，差值为0.05 m；如图5所示，利用调压室模型计算的前池最低水位为1 209.62 m，明渠模型计算的最低水深为1 209.59 m，差值为0.03 m．两者差值很小，且计算曲线均相近．由于上游引水明渠长度较长，当采用明渠模型计算时，取前池的长度作为计算长度，而前池的长度为几十至百米，相比较于几公里甚至几十公里的引水明渠，计算长度所占总体比例很小；采用调压室模型时，压力前池为集中元件，其平面上的长度在一维计算时均不计，因此有压管道上游的计算长度仅为引水明渠的长度．所以，明渠的计算长度相差不大，计算结果也无太多差别．在长引水明渠水电站的一维过渡过程计算中，压力前池采用明渠和调压室两种模型，计算结果表明前池水位变化相差不大．。

水电站压力引水系统瞬变流数学模型

水电站压力引水系统瞬变流数学模型
水电站压力引水系统瞬变流数学模型是指在水电站的压力引水系统中，由于各种原因（如阀门开关、水泵启停等）引起的瞬间流量变化，而建立的数学模型。

该模型可以用于预测和控制系统的瞬变流量，从而保证系统的稳定运行。

在水电站的压力引水系统中，水从高处流向低处，通过水轮发电机转化为电能。

为了保证水轮发电机的正常运转，需要保持一定的水头和流量。

而在实际运行中，由于各种原因，系统的流量会发生瞬间变化，这就需要建立瞬变流数学模型来预测和控制系统的运行。

瞬变流数学模型的建立需要考虑多种因素，如水头、流量、阀门开度、水泵启停等。

其中，水头和流量是最为关键的因素，它们直接影响着水轮发电机的转速和发电效率。

因此，在建立瞬变流数学模型时，需要对水头和流量进行精确的测量和预测。

在实际应用中，瞬变流数学模型可以用于预测和控制系统的瞬变流量，从而保证系统的稳定运行。

例如，在阀门开关时，可以通过模型预测瞬变流量的大小和方向，从而控制系统的运行。

又如，在水泵启停时，可以通过模型预测瞬变流量的大小和方向，从而控制水泵的启停。

水电站压力引水系统瞬变流数学模型是保证系统稳定运行的重要工
具。

通过建立精确的模型，可以预测和控制系统的瞬变流量，从而保证水轮发电机的正常运转，提高发电效率，降低运行成本。

给水管网模型系统中水力特性的模拟与优化研究

给水管网模型系统中水力特性的模拟与优化研究水力特性是指水在管道中运动时所表现出的特性，包括流量、压力和速度等参数。

水力特性的模拟与优化研究在给水管网模型系统中非常重要，可以帮助水务部门有效地管理和维护给水管网，提高供水质量和供水效率。

首先，模拟给水管网水力特性的研究是通过数学模型和计算方法来描述和预测水在管道中的运动行为。

这些模型和方法可以基于斯托克斯方程、纳维-斯托克斯方程等流体动力学理论进行建立。

通过对管网系统进行各种边界条件和操作规则的设定，可以模拟不同条件下的水力特性。

利用计算机仿真技术，可以高效地计算出管道中不同位置的流量、压力和速度等参数，从而全面了解整个管网系统的运行状态。

其次，通过对模拟结果的分析和优化，可以进一步改善给水管网的设计和运行。

首先，可以通过模拟分析来识别潜在的问题和瓶颈，例如管道的过载、流量的不均衡、压力损失过大等。

然后，可以提出相应的优化措施，如增加管道容量、调整管道的布局和直径、改变泵站的工作状态等，以提高整个管网系统的水力性能。

优化措施的效果可以通过再次模拟来评估和验证，以确保管网系统在实际运行中能够达到预期的水力特性。

此外，水力特性的模拟与优化研究还可以帮助水务部门做出科学的决策。

例如，在给水管网扩建或改造时，可以通过模拟研究评估不同方案的水力特性，以选择最优方案并合理规划投资。

另外，当出现应急情况或突发事件时，可以通过模拟研究快速预测和分析管网的响应情况，从而采取有效的措施进行应对和救援。

水务部门还可以利用模拟研究的结果对管网进行长期规划，预测未来几十年的供水需求和水力特性变化趋势，为未来的发展提供科学依据。

总之，给水管网模型系统中水力特性的模拟与优化研究对于水务部门来说具有重要意义。

通过模拟可以准确预测和分析管网的水力特性，优化措施可以进一步改善管网的设计和运行。

这将有助于提高供水质量和供水效率，为水务部门的决策和规划提供科学依据，更好地满足人民的生活和生产用水需求。

明渠交汇口三维水力特性试验研究

图5
验证试验结果
2
水流交汇口流场测量结果
3
水
2004 年 2 月
利
学
报
第2期
SHUILI
XUEBAO
2.1 试验概况试验采用的坐标系原点 O 取在汇流口上游角 A 点底部(支槽一侧)，如图 2 所示。x 轴正向指向干槽上游，流速为 u；y 轴为槽宽方向，流速为 v;z 轴铅垂朝上，流速为 w。Qu,Q b 和 Q t 分别表示交 -3 3 汇口上游干渠、支渠及交汇口下游的流量。试验最大干流流量 Qumax 和最大支流流量 Qbmax 均为 12×10 m /s，汇流比 R Q=Qb/(Qu+Q b)=Qb/Qt=0.1～1.0，实验最大雷诺数 Remax=49988，最大弗劳德数 Frmax=0.382。所有测点 * * 位置采用水槽宽度 W 无量纲化，即 x*=x/W,y =y/W,z =z/W；流速量测结果以下游断面平均流速 V d 无量纲 * * * * 化，即 u =u/V d,v =v/V d,w =w/V d。为了研究交汇口三维流场情况，对主槽上 x =0.2、-0.6、-1.2、-1.7、 * -2.1、 -2.5、 -3.2 和-4.0 共 8 个过流断面及支槽上两个断面进行了流速量测，每个测流断面上选取 y =0.2、 * 0.35、0.5、0.65 和 0.8 五条测速垂线，每条垂线上选取 z =0.02、0.06、0.10、0.15、0.23、0.32 和 0.44 共 7 个测点，一共 10×5×7=350 个测点，测量点具体布置如图 2 所示。 2.2 u -v 矢量场试验观测结果表明：近水面的分离区内，水面呈极不规则的扭曲面，且低于同断面外部水面(即收缩区)。由于分离区存在，外部水流产生收缩现象，形成折偏主槽外侧边壁的收缩区。最大断面平均流速出现在收缩区；由于主支流的相互作用，支流以θ角汇入主槽(主支流流动方向夹角)，并非以 (θ+β)角汇入，而是与支槽边壁方向成β角，试验结果表明，支流断面平均入射角与流量比成线性相关关系；水流通过收缩区(或分离区)后，流速分布逐渐恢复为典型的明渠流型态(近表面流速较大)；分离区 * 的尺寸大小随 RQ 及 z 而变。通过对交汇口三维流速场的观测及试验结果的研究分析，得到汇流口附近的流动结构。图 6 给出的是根据试验结果所得的交汇口水流流动结构示意图。近底部和近水面的流动图形很不相同。图 7 给出了不 * * 同流量比，近水面及近槽底平面二维 u -v 流速矢量场。由图 7(a,b)可以看出，在支流汇入主槽断面上，近渠底与近水面的支流入流现象明显不同。与表面水流相比，渠底附近支流汇入时明显向下游主槽方向(x 轴向)折偏，表明近槽底支流以较小θ进入主槽，导致沿 y 方向动量输入较小，而表面水流则以较大θ角进入主槽；由于支流入射角θ沿水深变化，分离区尺寸由水面至槽底也随着发生变化，近水面分离区尺寸 ( 包括长度和宽度 ) 与近槽底的分离区相 * 比显得较大。在断面 x =-1.8 附近，槽底附近的过流宽度约为槽宽的 80%，而水面附近仅为槽宽的 70%。同时两者图 6 交汇口三维流动分离区长度也存在明显差异。对于充分发展水流，在汇入断面上，与底部流速相比，近表面支流具有较大流速及较大入射角θ，使得其入射动量相对于底部要大。由于支流上下层水流入射动量及入射方向差异，形成不同的流速场、分离区及水流恢复区。针对各种 RQ 的 u -v 流速矢量场试验结果分析，发现分离区尺寸大小与 R Q 有密切关系，见图 7(b,c,d) 及图 8。当流经交汇口水流均来自干槽上游时(R Q=0.0)，汇流口下游 B 点附近没有出现水流分离现象；当 RQ 较小时，干流流经交汇口，速度矢量向外侧边壁的偏折程度较小，且在交汇口下游较短距离内，沿 y 方向流速分布很快变为均匀；随着 RQ 增大，支流流量及动量相对增加，使得支流在向下游主槽方向折转之前向干流扩展掺入程度加剧，导致分离区尺寸(宽度和长度)增加，水流收缩程度急剧；底部和表面水流在汇入断面上入射角θ差异增加；同时，交汇口上游 A 点附近的滞流点位置由支槽边壁逐渐移向主槽边壁。另一个特别是：近水槽底部，由于主流收缩减小，加上支流入射角θ减小，两股水流流动方向趋于一致，导致渠底附近出现较大流速。

给排水管道压力瞬变数值模拟研究

给排水管道压力瞬变数值模拟研究
温胜利
【期刊名称】《水利技术监督》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】压力瞬变是给排水管道系统中常见的现象,可能导致管道破裂,高压水流冲击管道末端截留气囊是给排水管道出现极端水力瞬变的诱因。

以某给排水管道为研究对象,通过有限元软件建立给排水管道压力瞬变模型,探讨了尾水深度、截留气囊长度、管道总长及截留气囊体积和气囊长度La0等因素对管道压力的影响规律。

结果表明,增加尾水深度会减缓液体的运动速度,导致振荡频率降低。

较长的上游水柱长度会导致更大的压力峰值和振荡幅度,同时降低振荡频率。

研究结果为保障供水安全提供参考。

【总页数】5页(P143-147)
【作者】温胜利
【作者单位】石家庄市排水管护中心
【正文语种】中文
【中图分类】TE832
【相关文献】
1.瞬变流中 MIAB 摩阻模型的数值模拟研究
2.天然气管网的瞬变流数值模拟研究
3.基于应力敏感的稠油油藏变启动压力梯度渗流模型与数值模拟研究
4.气液两相流瞬变流数值模拟研究
5.湿天然气管输瞬变流模型及数值模拟技术研究
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某型水利工程的水力特性模拟与优化研究

某型水利工程的水力特性模拟与优化研究第一章：引言某型水利工程的水力特性模拟与优化研究是当今水利工程领域的热点研究方向之一。

随着社会经济的不断发展和环境问题的日益突出，对于水力特性模拟与优化的需求也愈发迫切。

本文将围绕某型水利工程的水力特性模拟与优化展开深入研究，以期为相关领域的进一步发展提供有益的参考。

第二章：水力特性模拟方法及优化技术概述2.1 水力特性模拟方法水力特性模拟方法是研究水利工程水流运动规律的重要手段。

常用的水力特性模拟方法包括：物理模型试验、数值模拟以及两者的结合。

物理模型试验通过建立水利工程的缩尺模型，通过实验获得水流运动规律的相关参数。

而数值模拟则是利用计算机技术对水流运动进行仿真，通过数值计算得出水流运动的结果。

两者的结合则能够更全面地研究水流运动规律。

2.2 优化技术概述水力特性模拟的优化技术是为了进一步提高模拟结果的准确性和可靠性而采用的一系列方法。

常见的优化技术包括：参数修正、初始条件调整、边界条件优化等。

参数修正是通过改变模型输入参数来修正模型结果，以使其更接近实际情况；初始条件调整是针对模型运行初始状态进行参数的调整，以获得更准确的模拟结果；边界条件优化则是通过优化模型的边界条件，以使模拟结果与实际情况更吻合。

第三章：某型水利工程的水力特性模拟3.1 水力特性模拟流程针对某型水利工程的特点，可以确定水力特性模拟的流程为：首先，收集水力特性模拟所需的基础数据，包括水文数据、地理数据等。

然后，建立水力特性模拟模型，包括选择合适的水力模型、确定模型参数等。

接下来，进行模型验证，将模拟结果与实测数据进行对比分析，以验证模型的准确性。

最后，根据模拟结果进行水利工程的水力特性分析，了解水流运动规律以及相关参数变化规律。

3.2 物理模型试验物理模型试验是水力特性模拟研究中的重要手段之一。

该型水利工程在进行物理模型试验时，需采用合适的缩尺比，并模拟真实工程的流量、水位变化。

通过实验可以得到水流的速度、压力等参数，并结合某型水利工程的实际情况，对水流运动规律进行深入分析。

长输管道水力瞬变仿真

长输管道水力瞬变仿真
刘刚;蒲家宁
【期刊名称】《油气储运》
【年(卷),期】2000(19)3
【摘要】根据各种管道边界的瞬变方程和管道水击的连锁Allievi方法,针对具有实际元器件和边界的长输管道的不稳定流动,设计了基于特征线差分解法的分析流程和仿真计算程序。

利用长输管道水击数值计算所得线路上各节点的瞬态值进行B 样条曲线拟合,实现了水力瞬变过程中线路水力坡降线及某些水力参数变化情况的图形输出。

【总页数】5页(P16-20)
【关键词】水力瞬变;仿真;长输管道;油气运输
【作者】刘刚;蒲家宁
【作者单位】中国人民解放军后勤工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TE973.1;TE978.02
【相关文献】
1.复杂长输管道水力瞬变计算 [J], 刘晓娜;张廷全
2.长输管道泄压阀水力瞬变分析及瞬变工况测试 [J], 张加恩;张世富
3.长输管道探堵水力瞬变理论与模拟计算 [J], 邱正阳;邓松圣;蒋仕章;焦光伟
4.长输管道瞬变流摩阻的实用计算法 [J], 陈明;蒲家宁
5.长输管道瞬变流控制研究 [J], 房旭鹏;熊伟;魏晓宁
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渠道工程的水流动力学模拟与优化

渠道工程的水流动力学模拟与优化在渠道工程中，水流动力学模拟是一项重要的技术。

通过对渠道水流的模拟，可以了解水流的运动规律，找出存在的问题，并提出相应的优化方案。

本文将探讨渠道工程水流动力学模拟与优化的相关内容。

一、水流动力学模拟的意义水流动力学模拟是一种用于分析水流运动的技术手段，可以帮助渠道工程师了解水流的特性和行为。

通过模拟，可以观察水流的速度、压力、流量等参数的变化规律，从而帮助工程师做出合理的设计和改进。

二、水流动力学模拟的方法水流动力学模拟主要依靠计算机数值模拟方法。

在模拟过程中，需要采集一系列相关的流场信息，如流速、流量、水位等，利用计算机软件进行计算和分析。

常用的水流动力学模拟软件有FLOW-3D、FLO-2D等。

三、水流动力学模拟的应用案例水流动力学模拟在渠道工程中有广泛的应用。

例如用于分析渠道的水力特性，优化渠道的设计和布置，预测渠道的水流情况等。

以某大型灌溉工程为例，工程师在渠道的设计过程中，利用水流动力学模拟来分析水流的输运规律，预测水流的流速、流量和水位等参数。

通过模拟结果，发现了渠道某些部位存在的水流速度过快或过慢的问题，通过相应的优化措施，重新设计渠道的形状和结构，使得水流在渠道内能够更加顺畅地流动，达到了设计要求。

四、渠道工程的水流动力学模拟与优化的挑战和难点渠道工程的水流动力学模拟与优化也面临一些挑战和难点。

首先是模拟的准确性，流场信息的采集和计算的精度对模拟结果的准确性有着重要的影响。

其次，渠道中的复杂流动现象，如涡流、漩涡等，也增加了模拟的难度。

此外，对于大型渠道工程来说，模拟的计算量也非常庞大，需要具备强大的计算能力。

为了克服这些困难，需要工程师具备扎实的水流动力学理论知识和计算机模拟技术，并结合实际情况灵活运用。

同时，还需要加强与相关学科的交叉融合，如土力学、结构力学等，以实现更全面的优化效果。

五、水流动力学模拟与优化的未来发展方向随着计算机技术的不断进步，水流动力学模拟与优化在渠道工程中的应用前景越来越广阔。

明渠结合有压管调水系统的水力瞬变计算

复杂而困难 ! 本文的目的是，首先研究对明渠结合有压管系统的水力瞬变采用统一的方法描述和求解，并研究恒定流工况的求解，然后以正在设计修建的东深供水改造工程为例给出应用结果 !
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数学模型
对于一维明渠非恒定流，连续性方程和运动方程分别为
"! 2# "! % & "# 3 4 "" "$ ’ "$ ( "! 2# "# % "# %(（ )*) 4） 34 "$ "$ "" & 为明渠过水面积； ) 为能量坡度 !
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式中， " # 为波速的允许偏差，一般小于某个极限，比如说 (!#)! 从管系中一根短的管子开始，一般可以做到普遍满足方程式（ ’） !
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东深供水改造工程输水线路水力瞬变计算
东深供水工程是向深圳、香港以及工程沿线东莞市城镇提
采用曼宁公式有
（ /）（ 5）
式中， # 为流速； ! 为水深； )4 为渠道底坡； ’ 为明渠的水面宽；图!
5
分析明满交替水流的缝隙
) 3 + #6 7 1 # ,8
式中， + 为曼宁糙率系数； , 8 3 & - . 为水力半径， . 为湿周 !
（ 1）
由于管道有压流动可以视为是明满交替流的一种特殊情况，据此推论，窄缝法也应当可以用来计算始终是有压流动的管
/01］恒定流［，但是，这一做法的问题是使计算机程序的设计非常

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ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＴｒａｎｓｉｅｎｔＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＬｏｎｇＤｉｖｅｒｓｉｏｎＯｐｅｎＣｈａｎｎｅｌ
达式，对以往的求解形式进行简化和创新。结合工程实例，将所建立的显格式模型与以往求解过程中常用的隐式求解法进行对比分析，得出对于单一特性明渠瞬变流的计算分析可优选显式法的结论；并且通过对变特性明渠水力瞬变特性的分析，得出典型工况下压力前池运行水位及明渠引用流量的变化过程和控制情形，为长引水明渠的运行设计和水力瞬变特性分析提供依据。关键词：水电站；明渠；压力前池；瞬变流；数值模拟中图分类号：ＴＶ１３３㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀文章编号：１００１９２３５（２０１７）１０００１７０８
ｈｔｔｐ：／／ｒｍｚｊ．ｐｅａｒｌｗａｔｅｒ．ｇｏｖ．ｃｎｄｏｉ：１０３９６９／ｊｉｓｓｎ１００１９２３５２０１７１０００４张松磊．长引水明渠水力瞬变特性的模拟与分析［Ｊ］．人民珠江，２０１７，３８（１０）：１７－２３．
第３８卷第１０期人民珠江㊀２０１７年１０月㊀ＰＥＡＲＬＲＩＶＥＲ
长引水明渠水力瞬变特性的模拟与分析
张松磊
（浙江水利水电工程审价中心，浙江杭州３１００２０）
摘
要：基于扩散法的显式差分格式，推求出用于计算明渠的圣维南方程组及求解内部断面流速和水ｅｉ
⟡ ＺｈｅｊｉａｎｇＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｎｃｙａｎｄＨｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｒｉｃｅＡｕｄｉｔｉｎｇＣｅｎｔｒｅ ≹Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２０ ≹ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｘｐｌｉｃｉｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｃｈｅｍｅｏｆｄｉｆｆｕｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄ ≹ｔｈｉｓｐａｐｅｒｈａｄｇｉｖｅｎｔｈｅｍａｔｒｉｘｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｓｆｏｒｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇＳａｉｎｔ－Ｖｅｎａｎｔｓｙｓｔｅｍｏｆｅｑｕａｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｏｐｅｎｃｈａｎｎｅｌａｎｄｈａｄｓｏｌｖｅｄｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｄｅｐｔｈｏｆｉｎｔｅｒｎａｌｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｐｅｎｃｈａｎｎｅｌ ≹ｗｈｉｃｈｗａｓｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄａｎｄｉｎｎｏｖａｔｅｄｔｈｅｆｏｒｍｅｒｓｏｌｕｔｉｏｎｆｏｒｍｓ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｘａｍｐｌｅｓ ≹ ｔｈｉｓｐａｐｅｒｈａｄｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｍｏｄｅｌａｎｄｉｍｐｌｉｃｉｔｓｏｌｕｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｔｈａｔｗａｓｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ ≹ａｎｄｈａｄｇｏｔｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｔｈａｔｔｈｅｅｘｐｌｉｃｉｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｃｈｅｍｅｃｏｕｌｄｂｅｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙｓｅｌｅｃｔｅｄｉｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｏｐｅｎｃｈａｎｎｅｌｔｒａｎｓｉｅｎｔｏｆｓｉｎｇｌｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ．Ａｌｓｏ ≹ ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｔｒａｎｓｉｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｍｕｌｔｉｐｌｅ－ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｐｅｎｃｈａｎｎｅｌ ≹ｔｈｉｓｐａｐｅｒｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｅｃｈａｎｇｅｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｍｓｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｏｆｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｆｏｒｅｂａｙａｎｄｑｕｏｔａｔｉｖｅｄｉｓｃｈａｒｇｅｏｆｏｐｅｎｃｈａｎｎｅｌｕｎｄｅｒｔｙｐｉｃａｌｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ≹ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｐｒｏｖｉｄｅｂａｓｉｓｔｏｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｔｒａｎｓｉｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｆｏｒｔｈｅｌｏｎｇｄｉｖｅｒｓｉｏｎｃｈａｎｎｅｌ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｏｐｅｎｃｈａｎｎｅｌｐｒｅｓｓｕｒｅｆｏｒｅｂａｙｆｌｕｉｄｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ㊀㊀明渠作为引水式电站和输（供）水系统常用的输水建筑物，水流的瞬变流特性会直接对系统运行的稳定性、可靠性产生影响，因而应充分了解非恒定流条件下引水明渠的水力特性和瞬变流特性。近些年来，无压引水隧洞的方案在引水式电站中被广泛应用多，如王波