Page 62 - 2022年第53卷第11期

水 利 学 报

２０２２年 １１月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５３卷 第 １１期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２２）１１ － １３２８ － ０８

配水枢纽水力控制的仿真研究

１
１
２
１
２
李甲振 ，郭新蕾 ，殷峻暹 ，苏 岩 ，党康宁 ，王竞敏 ２
（１．中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 １０００３８；
２．陕西省引汉济渭工程建设有限公司，陕西 西安 ７１００１０）
摘要：配水枢纽是长距离调水工程和大中型灌区中一种常见的水工建筑物，是连接引水工程和配水工程的中枢。
若配水枢纽库容足够大，可视为常水位边界，引水工程和配水工程的水力过渡过程分别计算；否则，需要耦合引
水工程、配水枢纽和配水工程，对整个输水系统进行数值仿真。本文通过理论分析构建了配水枢纽进流、出流、
溢流复杂运行条件下的质量和能量守恒方程，给出了牛顿 － 辛普森离散方法和基于 Ｐｒｅｉｓｓｍａｎｎ四点隐式差分的计
算程序，建立了配水枢纽的理论模型；针对可能碰到的多进水、多出水、有压无压耦合等工况，给出了数值求解
方法。以引汉济渭工程黄池沟配水枢纽作为典型案例，研究了南干线和北干线配水流量调节的水力过渡过程，给
出了黄池沟、南干线、北干线的流量、水位变化，以及越岭隧洞的影响范围及变化量值，可为工程的运行调度提
供参考。
关键词：配水枢纽；水力控制；数值仿真；理论模型
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２２００８４
中图分类号：ＴＶ６７２

１ 研究背景

调水工程、大中型灌区是优化水资源空间配置、缓解局部地区或农业灌溉水资源短缺的工程措
施，其安全调度、运行是保障工程效益正常发挥的关键 ［１］ 。工程的控制调节通常需要进行水力过渡过
程计算，分析闸、泵、阀等设备一定操作策略下管涵渠隧的流量、水位、压力变化，使其满足规范规
程、管道承压、设备限值等要求。
Ｊｏｕｋｏｗｓｋｙ和 Ｓａｉｎｔ － Ｖｅｎａｎｔ分别构建了有压输水系统和无压输水系统的控制方程 ［２ － ３］ ，为水力过渡
过程计算奠定了理论基础。Ｗｙｌｉｅ和 Ｓｔｒｅｅｔｅｒ的书籍 ［４］ 较全面地梳理和汇总了输水系统及典型构件的数
学模型、求解算法等内容。对于某些典型工况，如明满交替水流，Ｓｏｎｇ等 ［５］ 引入激波移动方程和交界
面的特征线方程进行求解，Ｐｒｅｉｓｓｍａｎｎ假设一条窄缝将有压、无压方程统一 ［６］ ，樊红刚等 ［７］ 提出了特
征隐式格式求解算法；杨开林等 ［８］ 给出了解决隧洞首次充水问题的虚拟流动法。对于某些典型水工建
筑物或系统布置，曹玉升等 ［９］ 建立了基于遗传程序结合水力学方法的过闸流量模型，张健等 ［１０］ 提出
了长距离供水管线设置空气阀的通用准则与相关公式，万五一等 ［１１］ 给出了明渠—结合池—暗管输水系
统中利用明渠特征线方法计算有压流的基本方程和建模过程。可见，针对一些典型、代表性的运行工
况、建筑物或系统布置，仍需要研究分析其计算模型、求解方法等内容，以解决工程设计、运行调度
等方面的实际生产需求。
配水枢纽是调水工程、大中型灌区一种常见的水工建筑物，用于连接长距离引水工程和配水工程

收稿日期：２０２２ － ０２ － ０９；网络首发日期：２０２２ － ０８ － ３１
网络首发地址：ｈｔｔｐ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２２０８３０．１０４５．００１．ｈｔｍｌ
基金项目：国家重点研发计划课题（２０１６ＹＦＣ０４０１８０８）；陕西省水利科技计划项目（２０１７ｓｌｋｊ － ２７）；国家自然科学基金项目（５２１７９０８２）
作者简介：李甲振（ １９８９ － ），博士，高级工程师，主要从事水力学及河流动力学研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｎｅｊｉ１９８９＠１２６．ｃｏｍ
通讯作者：郭新蕾（１９８０ － ），博士，教授级高级工程师，主要从事水力学及河流动力学研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｇｕｏｘｉｎｌｅｉ＠１６３．ｃｏｍ
— １ ３ ８ —
２