閘門調(diào)控下的灌溉渠道非恒定流數(shù)值模擬研究.pdf

1、中國水資源供需矛盾日益尖銳,但農(nóng)業(yè)用水浪費非常嚴重,一個不容忽視的原因是中國灌區(qū)水量與流量調(diào)控技術(shù)粗放落后.閘門在灌溉渠道中起著調(diào)節(jié)流量、控制水位的作用,其開度的變化直接影響到渠道中的水流狀況,研究閘門開度變化所引起的渠道水流狀況的過渡過程及其影響因素對優(yōu)化閘門調(diào)節(jié)方式,從而改進灌區(qū)流量調(diào)控技術(shù)有重要意義.該文對閘門調(diào)控下灌溉渠道中的明渠非恒定流過渡過程進行了初步研究.研究內(nèi)容主要包括兩個方面:(1)渠段運行及閘門的調(diào)控方式和閘下出流.

2、對灌區(qū)常用的上游定水深、下游定水深和常蓄量三種渠段運行方式的優(yōu)勢和不足進行了比較.討論了閘門的調(diào)控方式即順序調(diào)控、同步調(diào)控和選擇調(diào)控的使用情形.對閘孔自由出流和淹沒出流時流量和流量系數(shù)公式進行了分析和討論,借鑒Prabhata擬合的閘孔出流流量系數(shù)函數(shù)式,并應(yīng)用其于該文數(shù)值求解圣·維南方程的編程之中.(2)灌溉渠道非恒定流的數(shù)值模擬及結(jié)果分析.數(shù)值模擬采用了矩形網(wǎng)格特征線法,研究對象為由節(jié)制閘控制的單個渠段,研究得出的主要結(jié)論有:①上游

3、定水深,下游變流量時渠段上游流量和下游水深(或下游定水深,上游變流量時下游流量和上游水深)經(jīng)歷一段時間后都趨于穩(wěn)定,且流量趨近的穩(wěn)定值為渠段另一端流量調(diào)節(jié)的目標(biāo)值;初始流量和調(diào)節(jié)時間相同時,流量變幅越大引起的渠段水流波動越大,趨于穩(wěn)定的時間越長.②在其它條件均相同的情況下,渠段按下游定水深運行優(yōu)于按上游定水深運行.③在流量調(diào)節(jié)時段內(nèi),閘孔出流流量系數(shù)基本呈線性規(guī)律變化;在流量調(diào)節(jié)時段外,流量系數(shù)仍有變化,且流量變幅越大,流量系數(shù)的變化越

4、強烈,隨著閘門上游端水深趨于穩(wěn)定,流量系數(shù)的變化逐漸減弱,最后該系數(shù)趨于一個穩(wěn)定值.④在流量調(diào)節(jié)時段內(nèi),閘孔出流不出現(xiàn)自由出流向淹沒出流(或淹沒出流向自由出流)過渡時,流量對時間的線性變化幾乎對應(yīng)于閘門開度對時間的直線變化;閘孔出流出現(xiàn)自由出流向淹沒出流(或淹沒出流向自由出流)過渡時,閘門開度成折線形式的變化,可以擬合成以時間為自變量的線性分段函數(shù).在流量調(diào)節(jié)時段外,閘門開度呈波浪狀,并趨于一個穩(wěn)定的開度G<,o穩(wěn)定>,這個開度并不等于

5、流量調(diào)節(jié)結(jié)束時的閘門開度G<,o調(diào)節(jié)>,在流量變幅為正時,G<,o穩(wěn)定>較G<,o調(diào)節(jié)>小;而在流量變幅為負時,G<,o穩(wěn)定>較G<,o調(diào)節(jié)>大.⑤該文依據(jù)下面三個條件確定了閘門開度的線性調(diào)節(jié)函數(shù)式:閘門調(diào)節(jié)前的開度值;流量按某一線性規(guī)律調(diào)節(jié)為某一流量時,閘門的穩(wěn)定開度G<,o穩(wěn)定>;流量調(diào)節(jié)時段內(nèi)閘門開度隨時間變化的擬合曲線斜率k和截距l(xiāng).閘門開度按給出的線性函數(shù)式調(diào)節(jié)時,閘孔出流流量隨時間基本按線性規(guī)律變化;閘孔出流出現(xiàn)自由出流向淹