210大型输水工程参数辨识及安全调控关键技术简要信息立项背景.pdf

一等奖成果 2.10 大型输水工程参数辨识及安全调控关键技术 简要信息 【获奖类型】应用一等奖 【任务来源】国家计划，省部计划，计划外 【课题编号】HY 2010 028 HY 2010 059 HY 2011 049 HY 2012 025 【课题起止时间】2004 年 1 月～2010 年 12 月 【完成单位】中国水利水电科学研究院 合肥工业大学 北京市水利规划设计研究院 北京市南水北调工程建设管理中心 【主要完成人】杨开林、汪易森、王 军、石维新、郭新蕾、王 涛、郭永鑫、 付 辉、房彦梅、仇文顺 立项背景 3 我国水资源严重短缺，人均水资源量为 2163m ，只有世界人均水平的 1/4， 且时空分布不均，南方水多，北方水少，水资源供需矛盾十分突出。当前，我国 正在大规模修建调水、城市输配水工程，如南水北调、引黄济青、引松洪水等， 以解决这些地域资源性缺水、工程性缺水和生态缺水问题。 对于大型长距离输水工程的建设，为了使系统达到设计经济及运行高效和安 全的目的，其中一项关键性的基础工作就是开展输水工程参数辨识和安全调控关 键技术课题研究。由于该课题涉及到明渠、管涵非恒定流、系统参数辨识及不确 定度分析、故障诊断及检测、冰水力学、充水气液两相流、工程安全运行优化和 风险灾害预测预报等一系列高新技术知识，目前国内外缺乏有关的系统研究。 在此背景下，以正在建设中的南水北调中线工程等现代大型输水工程安全运 行需要为基础，紧紧围绕急需解决的一系列输水工程设计参数系统辨识和运行安 全调控关键问题开展系统研究，提出解决问题的有效方法和工程措施，对于规范 输水工程设计、施工、运行，整体提高安全性能，具有十分重要的科学意义和显 著的实用价值。 77 中国水科院科学技术奖 2012 年度获奖成果汇编 详细科学技术内容 （1）总体思路 本项目以正在建设中的南水北调中线工程等现代大型输水工程安全运行需 要为基础，紧紧围绕急需解决的一系列输水工程设计参数系统辨识和运行安全调 控关键问题开展系统研究。针对此目的，采用现场调研、资料分析、理论分析、 实体物理模型试验、数值模拟计算等多种研究手段，重点研究解决大型输水工程 设计参数系统辨识及运行安全调控理论和 6 项关键技术，并提出有效的工程措 施。 （2 ）主要研究成果 1）在输水工程系统参数辨识理论方面，提出了输水工程渠道沿程糙率的系 统辨识数学模型。即考虑渠道几何参数，如断面形态、长度、底坡等的影响，将 渠道沿程糙率与粗糙高度和水力半径的关系用对数函数描述，应用系统辨识的最 小二乘法得到了渠道沿程糙率公式，不仅可以校核南水北调中线工程设计，而且 可以应用到其他工程。通过分析水力测量误差、渠道长度、雍水对糙率率定误差 的影响规律，提出了渠道糙率误差分析理论及其计算方法，并在此基础上，提出 了减小糙率率定误差的方法用于指导工程观测实践。提出了闸门特性的动态系统 辨识模型及其方法。 2 ）在输水工程管道摩阻系数参数率定及辨识方面，提出了管道阻力系数、 当量粗糙度、海曾-威廉系数、曼宁糙率和薄壁矩形量水堰流量的不确定度的计 算理论和方法，其中考虑了管径、管长、水头损失或测压管水头以及量水堰宽度、 高度与堰上水头等测量参数的测量不确定度的影响。研究了应用不确定度理论确 定当量粗糙度值及其不确定度大小，研究了各摩阻系数导出量和测量量的无因次 标准不确定度之间的关系，并根据上述关系提出减小摩阻系数测量无因次标准不 确定度的方法。 3 ）在输水工程管道安全的故障参数诊断和检测方面，发展了现代高新技术 条件下适合复杂边界的长输管道系统故障参数辨识的专有频域数学模型，该模型 适应范围更广。针对当前小泄漏难以准确检测的难