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南水北调东线一期工程南四湖-东平湖段输水与航运结合工程是南水北调东线工程中典型的河-湖-泵站复杂系统,通过东线两湖段2013至2017年调水实践,发现该段在调度运行中存在诸多影响安全运行的水力学问题。针对此类问题,本文以南水北调东线两湖段工程(南四湖至东平湖)为研究对象,建立了一维水力学模型与泵站节点耦合的调度仿真模型,对其输水水力特性及梯级泵站输水系统运行效率进行了分析研究。所得研究结果可为南水北调东线两湖段工程调度运行提供参考,具有理论意义和现实意义。取得的成果包括以下几部分:(1)以南水北调东线两湖段梯级泵站输水系统为研究对象,以圣维南方程组为理论基础,确定了其离散方法,建立了一维水力学模型与泵站节点耦合的调度仿真模型,利用多年实测数据对正常输水工况以及水草堵塞工况下的糙率进行了率定,并利用实测数据对模型的合理性及可靠性进行了验证,为水力特性分析提供模型基础。其中正常输水工况下,泵站节点模拟水位与实测水位相差不大,整体误差在0.05m以内,沿程水位模拟值与实测值差距在0.1m以内,水草堵塞工况下邓楼泵站站下与站上水位变化模拟值与实测值整体误差在0.2m以内,模型可靠性较高。(2)在两湖段梯级泵站输水调度仿真模型基础上,对不同的输水工况以及应急工况进行了仿真模拟,计算了不同运行工况下的水位、流量等参数,研究了不同输水工况下各渠段水力损失规律,主要结论如下:(1)渠道间流量越大,其水力损失越大,以长沟至邓楼段为例,在3个不同流量工况下,即流量递增的工况下,其水力损失分别为0.21m、0.69m、1.11m;水力损失与里程呈正相关关系;当渠道间输水流量相同时,渠段间水力损失随上游水位的增大而降低。(2)针对水草堵塞工况,以长沟至邓楼段为例,模拟了流量相当的情况下,水草覆盖程度不同所造成的沿程水力损失与局部水力损失,由结果可见,水草堵塞工况下,水力损失与水草的泛滥程度呈正相关关系。结合正常输水工况下所得结论与水草的生长特性,建议在水草泛滥期,湖口至邓楼段保持高水位运行,以此抑制水草的生长,减小其对渠道内输水的影响。(3)针对两湖段中水量损失,计算不同水位、流量工况下的梯级间蓄量,在此基础上提出了基于总量平衡的水量损失的概念及计算公式,将其与实测资料统计和经验公式法所得结果相对比,发现所得结果与实测资料统计的2016年水量损失结果相差不大,与经验公式法结果相差在2%以内,提出的水量损失计算方法是可行的。(4)针对两湖段输水系统中某一级泵站发生故障停机的工况,对单级泵站事故工况进行了模拟。单级泵站停机时,一定时间段内会威胁系统安全运行,由于两湖段梯级间水面较宽,级间调蓄能力大,水位变化较为缓慢,为单级泵站停机时系统控制预留了约2小时的反应时间。在事故工况基础上提出了其控制措施,模拟结果显示停机初期泵站进水池与出水池水位骤然变化,但上下级泵站采取了逐步关机的措施,使得事故泵站的进水池水位与出水池水位在后期的变幅较小,并在约2小时后达到稳定,且泵站的进水池与出水池并没有超出其限制水位。(5)将梯级泵站输水系统分为泵站与输水两个系统,并在此基础上计算分析了两湖段各级泵站效率、输水系统效率以及梯级泵站输水系统运行效率,并探究梯级泵站输水系统中两级泵站运行工况的运行效率,为梯级泵站优化运行奠定了基础。通过三级泵站输水系统运行效率与两级泵站输水系统运行效率的对比发现两级泵站运行工况下的输水系统效率、泵站系统效率和系统总效率均高于三级泵站运行工况,其中总效率平均可提升4%~9%。