基于非恒定水流模拟的渠道运行状态分析及渗漏检测方法.docx

基于非恒定水流模拟的渠道运行状态分析及渗漏检测方法李抗彬 1，沈 冰 1，李智录 1，孙楠 2（1. 西安理工大学水利水电学院水文水资源研究所，西安 710048； 2. 宁夏水利水电建设工程质量监督站，银川 750001）摘 要：为提高灌区水的利用系数以及实时掌握渠道运行状态，提高灌区管理水平，该文以石头水库东干渠前 10 km 为研究对象，采用渠道非恒定流模拟方法，对渠道在不同水流情况下的运行状态进行模拟分析，并分析采用该方法 基于非恒定水流模拟的渠道运行状态分析及渗漏检测方法 李抗彬 1，沈 冰 1，李智录 1，孙 楠 2 （1. 西安理工大学水利水电学院水文水资源研究所，西安 710048； 2. 宁夏水利水电建设工程质量监督站，银川 750001） 摘 要：为提高灌区水的利用系数以及实时掌握渠道运行状态，提高灌区管理水平，该文以石头水库东干渠前 10 km 为 研究对象，采用渠道非恒定流模拟方法，对渠道在不同水流情况下的运行状态进行模拟分析，并分析采用该方法进行渠 道渗漏检测的可行性。通过模拟分析及渗漏检测验证表明采用非恒定水流模拟方法不仅可以实时了解渠道的运行状态， 同时结合渠道水位测量可以进行渠道渗漏点位置检测，从而为提高渠道的安全运行、优化管理提供依据。 关键词：非恒定流，渗漏检测，渠道，圣维南方程，水流模拟，灌区 doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2011.06.003 中图分类号：TV131.4 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2011)-06-0013-06 李抗彬，沈 冰，李智录，等. 基于非恒定水流模拟的渠道运行状态分析及渗漏检测方法[J]. 农业工程学报，2011，27(6)： 13－18. Li Kangbin, Shen Bing, Li Zhilu, et al. Irrigation canal running status analysis and leakage detection method based on unsteady flow simulation [J]. Transactions of the CSAE, 2011, 27(6): 13－18. (in Chinese with English abstract) 3 2 11.5 m /s，设计灌溉面积 1.64 万 hm 。东干渠沿线设支渠 9 条，干斗渠 13 条。东干渠输水工程沿线设有众多水工 建筑物，包括渠道，隧洞、渡槽、陡坡、倒虹吸、引水 闸、进水闸、出水闸、分水闸和退水闸。此次研究取石 头河水库东干渠桩号 0+030.500 到桩号 10+251.712 之间 的渠段，在研究渠段上有 1 至 9 斗以及 1 支、2 支的取水 口，涉及水工建筑物主要为：渠道，隧洞、渡槽、引水 闸，分水闸。 0 引 言 据水利部统计，新中国成立 60 年来，中国农田有效 灌溉面积从 1 600 万 hm2 扩大到 5 847 万 hm2，占世界总 数的 1/5，居世界首位。目前，中国已建成设计灌溉面积 超过 2 万 hm2 的大型灌区 447 个，667 至 2 万 hm2 的中型 灌区 5967 个。但是，这些灌区灌溉用水量约 3 600 亿 m3， 占全国总用水量的近 65%，灌溉水的有效利用系数仅在 0.48 左右，这与发达国家灌溉用水利用系数相差较远[1]。 因此，如何有效地、合理的提高灌区水资源的利用率、 节约水资源在社会经济快速发展、水资源短缺与供需矛 盾日益加剧的今天，已是一个重要问题[2]。 渠系是灌区的主要输水建筑物，提高渠系的运行管 理水平，对提高灌溉水利用系数、节约水资源有着重大 意义[3]。而在中国大多数灌区，由于管理信息化程度处于 较低的水平，造成渠道的量水、调水主要靠经验，渠道 的安全运行管理主要靠人工沿渠段巡查，这不可避免的 造成灌区渠系的很大输水损失[4]。近些年，随着计算机技 术、科技水平的不断进步和工程管理的需求，利用信息 化系统对输水工程的安全运行和有效调度进行管理已是 必然趋势。本文以陕西省石头河水库东干渠前 10 km 为 研究对象，拟采用渠道非恒定流模拟方法模拟渠道不同 运行状态下水流特征，分析其对渠道运行的指导意义， 并验证采用水流模拟进行渠道渗漏检测的可行性。 1 工程概况 石头河水库东干渠全长 29.73 km，设计引水流量 2 一维明渠非恒定流的基本方程 基本方程[5-6] 研究渠道的水力学问题必须对渠道的非恒定流进行 数值模拟（渐变流情况）。通常一维明渠非恒定流采用 圣维南方程组进行描述： 连续方程 2.1 ?Z ?Q B + = q （1） ?t ?s 动量方程 2 ?Q + 2v ?Q + (gA ? Bv2