中國(guó)灌區(qū)的常用量水方法中,利用水工建筑物尤其是閘門(mén)量水是目前應(yīng)用最為廣泛的,但傳統(tǒng)的閘門(mén)過(guò)流公式眾多,實(shí)際應(yīng)用中需區(qū)分自由、淹沒(méi)流態(tài)選擇對(duì)應(yīng)的公式,理論值與實(shí)測(cè)值偏差較大。該研究擬提出一種基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)率定的形式簡(jiǎn)單、可應(yīng)用于多種流態(tài)的流量計(jì)算模型。主要采用三維數(shù)值模擬的方法,通過(guò)建立實(shí)際水閘的三維流體力學(xué)模型,研究不同流態(tài)下的閘門(mén)水力特性,并結(jié)合室內(nèi)模型試驗(yàn)和野外原型觀測(cè)提出基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)率定的流量計(jì)算模型。研究步驟為:1)驗(yàn)證基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的率定模型的有效性及精確性;2)分析該模型應(yīng)用于閘門(mén)不同流態(tài)的率定效果,判斷其是否可用于自由及淹沒(méi)孔流建立統(tǒng)一的流量關(guān)系;3)對(duì)所提出的模型方法進(jìn)行野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證,并進(jìn)行誤差來(lái)源分析。結(jié)果表明:1)該模型能夠進(jìn)行區(qū)分流態(tài)的率定且精度較高,90.63%的數(shù)據(jù)誤差在5%以內(nèi);2)該模型能夠統(tǒng)一自由-淹沒(méi)孔流率定,使用仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一率定時(shí)數(shù)據(jù)誤差在5%以內(nèi)的占比為86.67%,使用南水北調(diào)中線某閘門(mén)8、10、11月份驗(yàn)證模型精度達(dá)到77.64%的數(shù)據(jù)誤差在5%以內(nèi),95%以上數(shù)據(jù)誤差在10%以內(nèi)的效果。該模型具有簡(jiǎn)單、光滑連續(xù)的特點(diǎn),在實(shí)際工程應(yīng)用中建議... 

【文章來(lái)源】：農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2020,36(22)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

閘孔淹沒(méi)流態(tài)示意圖

式中ui、uj(i=1,2,3,j=1,2,3）為t時(shí)刻點(diǎn)（x,y,z）處的速度分量，m/s;fi(i=1,2,3）為單位質(zhì)量流體的體積力，m/s2；▽p/ρ為單位質(zhì)量流體的壓強(qiáng)差(m/s2)，其中▽拉普拉斯算子；p為液體壓強(qiáng)，kg/(m·s2)；ν為運(yùn)動(dòng)黏度m2/s。使用Flow-3D建立上述試驗(yàn)?zāi)Ｐ?∶1的仿真模型進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖3。仿真模擬與實(shí)際測(cè)量的結(jié)果存在一定誤差，在閘孔自由出流與淹沒(méi)出流的過(guò)渡段誤差較大。經(jīng)過(guò)誤差分析可以得知，試驗(yàn)中閘孔自由出流與淹沒(méi)出流過(guò)渡段下游水位波動(dòng)的范圍較大，可達(dá)2～3 cm，不易讀取穩(wěn)定水面線，本試驗(yàn)采用肉眼讀取下游最大水深及最小水深，取平均值作為下游水位。

驗(yàn)證結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)存在系統(tǒng)誤差，為直觀形象地表現(xiàn)系統(tǒng)誤差（圖3）。隨著流量增大，仿真模擬結(jié)果對(duì)應(yīng)的流量逐漸變小到小于試驗(yàn)實(shí)際流量。這是由于在玻璃水槽明渠流態(tài)中玻璃的糙率隨著流量的增大而減小[32]，二者存在耦合關(guān)系，而仿真模型中取的是絕對(duì)粗糙度0.01 mm。造成的誤差在可接受范圍之內(nèi)，結(jié)果可靠。按相同的建模方法僅改變模型的形狀及尺寸，建立的符合實(shí)際運(yùn)行條件模型為單孔平板閘門(mén)模型，其尺寸寬×高為4 m×2 m，閘室長(zhǎng)度為10 m，閘后底板均與閘室段相同，未設(shè)置消能措施，前后渠道邊坡為1.5∶1（水平：豎直）。通過(guò)改變邊界條件上下游水位的設(shè)置控制其流態(tài)的變化。經(jīng)過(guò)對(duì)比各網(wǎng)格密度的計(jì)算速度與計(jì)算結(jié)果精度比較，如表1對(duì)網(wǎng)格尺寸進(jìn)行敏感性分析，得到在選取閘門(mén)開(kāi)度e=0.5 m工況和e=0.8 m工況時(shí)，網(wǎng)格尺寸減小到0.08 m時(shí)再減小網(wǎng)格產(chǎn)生的流量相對(duì)誤差較小，繼續(xù)減小網(wǎng)格導(dǎo)致的計(jì)算時(shí)間呈指數(shù)增長(zhǎng)且流量精度提高不明顯。所以決定選用網(wǎng)格大小為0.08 m�？偣苍O(shè)置45組工況，自由出流工況占13組，淹沒(méi)出流工況占32組。由于模型上下游均采用壓力邊界，故在閘門(mén)后5 m處設(shè)置baffle（軟件自帶功能）監(jiān)測(cè)過(guò)閘流量。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]玻璃水槽糙率與明渠流態(tài)關(guān)系試驗(yàn)研究[J]. 尚國(guó)秀,張永玲,顧興龍,柯長(zhǎng)文.  水利科技與經(jīng)濟(jì). 2019(02)
[2]宜昌站H-ADCP流量關(guān)系率定及應(yīng)用[J]. 曾雅立,張偉革,樊麗娜,張年洲.  水利水電快報(bào). 2019(02)
[3]雙軌式雷達(dá)波自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)流量系數(shù)率定分析[J]. 陳榮,鄭永偉.  人民長(zhǎng)江. 2018(S2)
[4]姚江大閘SL流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站參數(shù)率定[J]. 羅藝,孫德勇,莫明輝,趙立鋒.  浙江水利科技. 2018(05)
[5]灌區(qū)量水設(shè)施率定方法研究[J]. 胡榮祥,張亞?wèn)|,鄭世宗.  灌溉排水學(xué)報(bào). 2018(S1)
[6]灌區(qū)超聲波流量計(jì)應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 王秋良,吳文勇,王振華,廖人寬.  灌溉排水學(xué)報(bào). 2018(S1)
[7]測(cè)控一體化閘門(mén)流量系數(shù)率定試驗(yàn)[J]. 田甜,林俊,郭磊.  中國(guó)水運(yùn)(下半月). 2018(02)
[8]節(jié)制閘水頭開(kāi)度和過(guò)閘流量動(dòng)態(tài)特性分析與應(yīng)用[J]. 李宛東,田景環(huán),李維東.  農(nóng)業(yè)與技術(shù). 2017(23)
[9]基于遺傳程序的南水北調(diào)中線節(jié)制閘過(guò)閘流量計(jì)算模型研究[J]. 曹玉升,暢建霞,陳曉楠,黃會(huì)勇.  水利學(xué)報(bào). 2016(06)
[10]五種過(guò)閘流量計(jì)算方法在槐店閘的適用性及改進(jìn)的杜嶼公式精度分析[J]. 徐蘇,竇明,米慶彬,石琨.  水電能源科學(xué). 2016(03)



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