基于闸泵枢纽区的大通量控藻井布置方法与流程

本发明属于河网蓝藻防控的，特别是涉及基于闸泵枢纽区的大通量控藻井布置方法。

背景技术：

1、因蓝藻倒灌和蓝藻大面积积聚现象，严重影响河道水质和区域水环境形象，为防范蓝藻对河道水质、水生态环境的影响，提升和改善区域水环境形象，而目前未出现过将控藻井应用于引河道中提升水质，一般都是通过人工处理。

2、而当控藻需求量增加时，则考虑到会在闸泵枢纽处设置较多数量的控藻井以完成大通量的控藻需求，但是经实践发现：灭藻井工程与外塘河泵站枢纽相邻，灭藻井布置位置处于泵站引河道中，灭藻井出水流态直接影响泵站机组的运行状态，如水流稳定性、出水量。

技术实现思路

1、本发明为解决上述背景技术中存在的技术问题，提供了基于闸泵枢纽区的大通量控藻井布置方法。

2、本发明采用以下技术方案：基于闸泵枢纽区的大通量控藻井布置方法，至少包括以下步骤：

3、将闸泵枢纽和引河道所在位置定义为闸泵枢纽区，在所述引河道的出水端设置并列的至少两组泵站机组，所述泵站机组与进水池相通；所述引河道内设置有挡墙，于所述挡墙处按照预定间隙设置有若干个控藻井；

4、创建水流流动模型，利用水流流动模型引河道内的水流流线和流速分布，基于所述水流流线和流速分布判断是否需要执行整流措施，使增设控藻井的引河道内的水流的流速和流速分布得到改善；

5、获取泵站机组水流断面处的水利特性值，基于所述水利特性值判断当前布置的控藻井、以及执行的整流措施是否同时满足控藻需求和后续泵站机组运行需求。

6、在进一步的实施例中，还包括以下步骤：

7、对所述水流流动模型的引河道、灭藻井、泵站机组进行网格划分，并进行网格无关性验证，得到最优网格数。

8、在进一步的实施例中，所述整流措施包括：调整挡墙形式、设置预定深度的若干个底坎、增设导流墙、或增设切滩中的一种或者几种。

9、在进一步的实施例中，所述水流流动模型的创建流程如下：

10、水流流线方程的公式如下：

11、

12、式中，i和j为坐标轴编号；ui、uj分别为编号为i、j的坐标轴方向上的速度矢量；t为时间；ρ为水流流体的密度；xi、xj为编号为i、j的坐标轴；μ为水流流体的动力粘度；si为动量源项；p为水流流体压力；

13、流速分布方程的公式如下：

14、

15、

16、式中，k为湍流动能，ε为湍流动能耗散率，c1、c2为模型常数，σk、σε分别为k和ε的湍流普朗特数，qk表示平均速度梯度引起的湍流动能的产生，pk表示由浮力产生的紊流动能；

17、基于所述水流流线方程和流速分布方程模拟得到河道内的水流流线图和流速分布图，基于所述水流流线图和流速分布图分析河道内水流的平均流速和流速分布；

18、建立关于平均流速的约束范围：[vmin,vmax]，关于流速分布的约束条件：分布的均匀性；其中，vmin为预先给定的平均流速允许的最小值，vmdx为预先给定的平均流速允许的最大值；

19、若分析的得到的平均流速不属于所述约束范围或/和流速分布不符合所述约束条件，则需要采取整流措施。

20、在进一步的实施例中，所述水利特性值至少包括：关于泵站机组特征断面处的流速分布均匀度和速度加权平均角度；

21、其中，流速分布均匀度通过以下公式获取：

22、

23、速度加权平均角度通过以下公式获取：

24、式中，h为泵站机组的编号，uαh为编号为h的泵站机组的轴向水流速度，uth为编号为h的泵站机组的横向水流速度，表示h个泵站机组的平均轴向水流速度；

25、预先设定流速分布均匀度阈值和速度加权平均角度阈值若计算得到的或/和则需要采取整流措施。

26、在进一步的实施例中，所述特征断面的截取方法如下：

27、选取每个泵站机组的进水流道进口，沿垂直面截取所述进水流道进口得到的竖向截面即为特征断面。

28、在进一步的实施例中，所述最优网格数的获取过程如下：

29、对引河道、灭藻井、泵站机组进行分块网格剖分，结构复杂区域进行局部加密处理，通过对网格上控制点的调整和拓扑层的添加来提高局部网格的质量，将无量纲值控制在100以内；

30、利用总水力损失作为衡量网格数量对数值计算结果影响的依据，总水力损失采用以下公式计算：

31、其中，hf为全流道的总水力损失；pin和pout分别为进水池的进口、出口的总压强；g为重力加速度；

32、通过网格无关性分析，网格总数在1200万时水力损失的变化较小，网格质量达到0.3以上，满足数值计算要求。

33、在进一步的实施例中，所述底坎包括：前池底坎、引河道底坎中的一种或者几种。

34、在进一步的实施例中，所述挡墙具体第一墙面和第二墙面，所述第一墙面与所述第二墙面相互垂直；所述控藻井沿所述第一墙面和第二墙面按照预定间隔进行布置。

35、在进一步的实施例中，所述挡墙具有弧形墙面和第二墙面，所述弧形墙面与所述闸泵枢纽为相对设置；

36、所述控藻井沿所述弧形墙面按照预定间隔布置。

37、本发明的有益效果：本发明首先通过在闸泵枢纽区的引河道内布置多个控藻井实现大通量控藻，以满足必要时的控藻需求和控藻效率。

38、同时，通过提供水流流动模型、泵站机组的水利特性值及对应的整流措施实现多个控藻井在引河道内的合理化布置，以解决因控藻井的增设导致泵站机组的流量、水位及流态降低的问题。实现在不影响泵站机组基本功能的情况下，完成大量的控藻需求。

技术特征：

1.基于闸泵枢纽区的大通量控藻井布置方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于闸泵枢纽区的大通量控藻井布置方法，其特征在于，还包括以下步骤：

3.根据权利要求1或2中任意一项所述的基于闸泵枢纽区的大通量控藻井布置方法，其特征在于，所述整流措施包括：调整挡墙形式、设置预定深度的若干个底坎、增设导流墙、或增设切滩中的一种或者几种。

4.根据权利要求1所述的基于闸泵枢纽区的大通量控藻井布置方法，其特征在于，所述水流流动模型的创建流程如下：

5.根据权利要求1所述的基于闸泵枢纽区的大通量控藻井布置方法，其特征在于，所述水利特性值至少包括：关于泵站机组特征断面处的流速分布均匀度和速度加权平均角度；

6.根据权利要求5所述的基于闸泵枢纽区的大通量控藻井布置方法，其特征在于，所述特征断面的截取方法如下：

7.根据权利要求2所述的基于闸泵枢纽区的大通量控藻井布置方法，其特征在于，所述最优网格数的获取过程如下：

8.根据权利要求3所述的基于闸泵枢纽区的大通量控藻井布置方法，其特征在于，所述底坎包括：前池底坎、引河道底坎中的一种或者几种。

9.根据权利要求1所述的基于闸泵枢纽区的大通量控藻井布置方法，其特征在于，所述挡墙具体第一墙面和第二墙面，所述第一墙面与所述第二墙面相互垂直；所述控藻井沿所述第一墙面和第二墙面按照预定间隔进行布置。

10.根据权利要求1所述的基于闸泵枢纽区的大通量控藻井布置方法，其特征在于，所述挡墙具有弧形墙面和第二墙面，所述弧形墙面与所述闸泵枢纽为相对设置；

技术总结
本发明基于闸泵枢纽区的大通量控藻井布置方法，属于河网蓝藻防控的技术领域，特别是涉及。包括以下步骤：将闸泵枢纽和引河道所在位置定义为闸泵枢纽区，在所述引河道的输水端设置至少两组泵站机组创建水流流动模型，利用水流流动模型引河道内的水流流线和流速分布，基于所述水流流线和流速分布判断是否需要执行整流措施，使增设控藻井的引河道内的水流的流速和流速分布得到改善；获取泵站机组的水利特性值，基于所述水利特性值判断当前布置的控藻井、以及执行的整流措施是否同时满足控藻需求和后续泵站机组运行需求。本发明通过在闸泵枢纽区的引河道内布置多个控藻井实现大通量控藻，在不影响泵站机组基本功能的情况下，完成大量的控藻需求。

技术研发人员：范子武,谢忱,乌景秀,蔡秋鹏,马振坤,甘琳,粟一帆,朱文涵,徐项哲,胡航宇
受保护的技术使用者：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12