国家自然科学基金(51009108)
- 作品数：21 被引量：88H指数：6
- 相关作者：管光华王长德刘孟凯冯晓波闫弈博更多>>
- 相关机构：武汉大学中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司长江科学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金国家高技术研究发展计划国家科技支撑计划更多>>
- 相关领域：水利工程农业科学更多>>
- 基于实测水位和流量数据的渠道控制模型参数辨识与验证被引量：2
- 2020年
- 针对传统渠道控制模型推导求解复杂,难以在实际工程中应用的问题,该研究以渠道积分延迟(Integrator Delay,ID)模型和积分延迟零(Integrator Delay Zero,IDZ)模型为研究对象,利用递推最小二乘法对2种渠道控制模型进行了参数辨识和分析。结果表明,参数辨识方法可以简单、有效地获取渠道系统的控制模型;在模型试验中,辨识误差基本分布在(−1,1)cm之间,在南水北调原型工程中,辨识误差基本分布在(−2,2)cm之间;2种辨识模型的均方误差均小于7.675×10^(-5) m^(2),且针对水流变化复杂的大型渠道工程,IDZ模型的辨识精度和稳定性整体高于ID模型。该研究结论对于渠道控制建模理论及控制器设计方法具有一定的参考价值,可应用于灌区或调水工程的输配水渠道系统建模。
- 管光华贾梦浩
- 关键词：渠道
- 长距离控制渠系结冰期的水力响应分析被引量：22
- 2011年
- 为了确保长距离控制输水渠系冬季安全输水,需要对其进行冬季输水模拟及实时运行操作控制研究。该文考虑了控制渠系与天然河道输冰的不同,以平封冰盖形成为前提,初步建立了长距离控制渠系在结冰期的渠系响应模型,包括水位、流量、闸门操作、水温过程和冰盖变化过程的模拟仿真。利用南水北调中线工程京石段资料在较简单工况下,对控制渠系在下游常水位的反馈比例积分(PID)控制器作用下进行模拟并分析模拟效果,指出冰盖糙率、控制器参数和控制策略对渠系水力响应的影响很大。研究表明该模型可用于长距离控制渠系结冰期的运行模拟及分析冬季结冰期运行规律,在此基础上可以研究得到更精确更贴近实际的模型。
- 刘孟凯王长德冯晓波
- 关键词：渠道计算机仿真结冰期
- 平板闸门自由-淹没孔流统一流量率定模型被引量：15
- 2020年
- 中国灌区的常用量水方法中,利用水工建筑物尤其是闸门量水是目前应用最为广泛的,但传统的闸门过流公式众多,实际应用中需区分自由、淹没流态选择对应的公式,理论值与实测值偏差较大。该研究拟提出一种基于实测数据率定的形式简单、可应用于多种流态的流量计算模型。主要采用三维数值模拟的方法,通过建立实际水闸的三维流体力学模型,研究不同流态下的闸门水力特性,并结合室内模型试验和野外原型观测提出基于实测数据率定的流量计算模型。研究步骤为:1)验证基于实测数据的率定模型的有效性及精确性;2)分析该模型应用于闸门不同流态的率定效果,判断其是否可用于自由及淹没孔流建立统一的流量关系;3)对所提出的模型方法进行野外实测数据验证,并进行误差来源分析。结果表明:1)该模型能够进行区分流态的率定且精度较高,90.63%的数据误差在5%以内;2)该模型能够统一自由-淹没孔流率定,使用仿真数据进行统一率定时数据误差在5%以内的占比为86.67%,使用南水北调中线某闸门8、10、11月份验证模型精度达到77.64%的数据误差在5%以内,95%以上数据误差在10%以内的效果。该模型具有简单、光滑连续的特点,在实际工程应用中建议通过大量实测提高模型精度。
- 管光华黄一飞熊骥靳伟荣
- 关键词：灌溉渠道水闸三维数值模拟
- 一维圣维南方程差分数值算法中稀疏矩阵求解方法比较及优选研究被引量：7
- 2021年
- 【目的】寻找高效、稳定的大型稀疏线性方程组求解算法以提高圣维南方程组求解速度。【方法】归纳了4种基于四点偏心格式的圣维南方程组求解算法并加以改进,并通过仿真试验,对比了不同算法的计算效率。【结果】计算断面数较少时(小于500),所有方法的运算时间基本一致;当计算断面数较大时(大于500),4种算法的速度较传统算法有了一定的提高,在计算断面数为1520时,4种算法的计算速度是传统算法的4倍,在计算断面数为3040时,计算速度更是达到了10倍以上。【结论】改进后的高斯消元法和PM算法在计算断面数较大时计算速度较快,计算效率较高。该方法可应用于MPC控制、LQR控制等渠系自动化控制技术中,以提高仿真程序运算速度。
- 王浩骅管光华肖昌诚
- 关键词：圣维南方程组
- 串联渠系多渠池蓄量平衡控制模式研究
- 2021年
- 【目的】解决渠道控制中以单个渠段蓄量为控制对象时,存在调蓄容量有限、相邻渠池间的蓄量变化无法相互调节的问题。【方法】提出一种等下游水深的多渠池蓄量平衡运行方式,并建立了基于蓄量变化的闸门目标流量计算方法,采用南水北调东线济平干渠为工程背景进行建模仿真验证。【结果】多渠池蓄量平衡模式下,对蓄量差乘以一定权重系数能有效降低闸门流量超调、缩短稳定时间;在正常运行工况下,该算法较常规下游常水位控制模式对渠首水库造成的调蓄压力更小,各无量纲性能指标整体较优,系统稳定时间最长缩短10 h;考虑流量变化较大的工况时,针对济平干渠渠池长度差异将近10倍的现状,发现增设节制闸减小单渠池长度后,该算法整体稳定时间进一步减小,各无量纲性能指标均不同程度提高。【结论】多渠池蓄量控制优于单个渠池蓄量控制,此算法为多渠池蓄量控制的进一步研究奠定基础。
- 管光华李慧滢苏海旺桑国庆
- 关键词：运行方式
- 长距离渠系冰期运行过渡模式研究被引量：7
- 2012年
- 高纬度地区的长距离输水渠系在冬季输水时,冰封初期渠道内水内冰、浮冰和冰盖容易引起冰塞、冰坝等灾害,严重影响渠道输水稳定和工程安全,冰害防治是渠道冬季输水的关键技术.在渠道正常明渠大流量输水状态情况下,根据提前3d寒流预报,通过自动控制手段使全线渠内水流流速降到0.4m/s以下,以便形成稳定冰盖,达到平封状态并过渡到冰期运行模式.采用控制与仿真模型,结合南水北调中线干渠的设计数据,在MATLAB平台上进行仿真计算,仿真结果表明可以在目标时间内完成状态过渡.
- 刘国强闫弈博王长德管光华
- 关键词：南水北调工程计算机仿真
- 输水渠系着生藻类水力生消动态建模及仿真研究被引量：2
- 2021年
- 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、温度、营养物和光照为影响因素的藻类生长模型以及包含自然消亡和冲刷剥离的藻类消散模型,以南方某灌区部分干渠为仿真对象,研究藻类生长动态变化,通过仿真揭示出其生物量随着环境变量而变化的动态过程,其峰值出现在夏季,计算结果符合渠道藻类生长动态变化规律,为渠道藻类水力调控提供了基础。
- 杨梦薇管光华刘大志
- 关键词：着生藻类藻类生长环境因子
- 渠道热量交换与冰盖表面温度的计算分析被引量：10
- 2011年
- 为了精确计算预测南水北调中线工程冬季输水的冰情,进而确保冬季干渠安全定时定量输水,对热量交换计算和冰盖表面温度两个方面进行了分析,提出了通过强迫边界条件法求冰盖的表面温度.通过模拟表明,准确的气象资料、准确的冰盖表面温度的计算对渠道冰盖厚度的变化过程极其重要,将对渠道冰期输水的控制运行研究有重要意义.
- 刘孟凯王长德冯晓波管光华
- 关键词：热量交换
- 长距离输水管渠结合系统闸阀联合调控方式研究被引量：4
- 2021年
- 输配水渠道系统在跨越河谷时往往采用倒虹吸管道,其弹性波波速较明渠重力波有数量级的差异,故探索闸阀这两种响应特性相差迥异的控制对象的控制逻辑差异和调控方式具有一定意义。在处理一维明满流数值计算时采用窄缝法将有压流和明流控制方程统一,选择前馈逻辑与反馈算法中的PI增益系数与动作频率几个要素进行研究对比。由于管道的响应速度较快,阀门无前馈时控制效果仍较为理想,阀门无反馈控制效果很差。选取了水位波动、闸门调整量及稳定时间等性能指标组合成综合指标GI,相较PI控制,阀门和闸门仅采用比例或积分控制时,GI分别变大了39%、17%和75%、55%。对于与算例类似的一般管渠结合系统,阀门可采用无前馈控制,但建议采用反馈控制。阀门可根据管道特性选择不同的控制方式,长管道可仅采用比例控制,避免流量震荡的管道可仅采用积分控制。主要研究方法、结果可用于输配水工程中无压-有压系统的控制器设计,有利于实现输配水系统的安全、高效及自动化运行。
- 王浩骅管光华饶柏京崔恒富陈刚顾世祥
- 关键词：PI控制
- 鄂北调水工程长倒虹吸事故水力响应及应急调度被引量：5
- 2021年
- 以鄂北水资源配置工程中的孟楼-七方倒虹吸(全长约72 km)为研究对象,建立事故工况的一维非恒定流数值计算模型,仿真分析事故工况下长倒虹吸的水力响应过程。结果表明:事故工况下闸门同步异速调度相较于异步同速调度更利于倒虹吸安全;同步异速调度规则下,延缓倒虹吸进口以及上游闸门开始关闭时间、延长进口以及上游闸门关闭时长,或快速关闭倒虹吸出口以及下游闸门,都会抑制倒虹吸内部压力水体释放过程,增大压力超限风险;针对鄂北水资源配置工程,建议倒虹吸进口及上游闸门至少不晚于出口及下游闸门开始关闭后的30 min开始动作,倒虹吸出口及下游闸门关闭时长不宜短于30 min,倒虹吸进口及上游闸门关闭时长不宜超过30 min,并最终提出一组可供参考的节制闸应急调度组合。主要结论对于鄂北水资源配置工程的应急调度具有一定参考价值,也对类似含有大型倒虹吸工程的运行调度有一定的借鉴意义。
- 樊甲伟管光华朱哲立
- 关键词：倒虹吸
