基于二维水动力模型的水工建筑物设计方案

水工建筑物在设计时，考虑到个性突出、工程规模一般较大，风险也大、施工过程中外界影响因素较多及设计问题众多等特征［1］。每个水工建筑都有其自身独特的特点，同时设计时需要综合考虑多种自然与人为因素的影响，因此提出基于二维水动力模型的水工建筑物设计方案。通过研究水工建筑物可行性、确定水工建筑物的等级，依托建立的二维水动力数学模型，完成水工建筑物的结构可靠性、抗震性设计，结合安全性校验实验，完成了本文的研究。

1 水工建筑物初始设计

1.1 水工建筑物可行性分析

在进行水工建筑物初始设计时，首先要对水工建筑物所在区域的自然地理、地质、水文、气象、社会经济及相关规程与规范进行调研，为进行可行性调研奠定基础。

论证拟在建水工建筑物在技术上的可能性、经济上的合理性及开发次序上的迫切性。包括：初拟主要水文参数、查清主要地质问题、选定工程地址、估算淹没补偿和对环境的影响、初定工程等级、建筑物等级、主要建筑物形式、轮廓尺寸和枢纽布置方案、装机容量和机型、估算主要工程量、初拟施工导流方案、主体工程的施工方法、施工总体布置和总进度、估算工程总投资、进行经济分析和评价、阐明工程效益等，即研究可行性研究报告［2］。研究可行性报告是既满足水工建筑物所应满足的各种条件，又使其工程量或工程费用最省的基础。

1.2 水工建筑物等级确定

确定水工建筑物的等级，不同等级的水工建筑物的不同要求主要体现在：抗泄洪的能力、强度和稳定性、建筑材料及运行可靠性上。水工建筑物又分永久水工建筑物和临时水工建筑物，二者等级划分如表1、表2：

主要建筑物是指坝、泄洪建筑物、输水建筑物及电站厂房等，主要建筑物失事后会对下游造成严重的灾害，同时严重影响水工建筑物的经济效益。次要建筑物是指挡土墙、挡流墙、工作桥及护岸等，次要建筑物失事后不会对下游造成严重的灾害，同时几乎不影响水工建筑物的经济效益，修复性高。

完成水工建筑物初始设计后，依托初始设计结果，建立二维水动力数学模型，对水工建筑物的结构进行设计。

2 基于二维水动力模型的水工建筑物结构设计

2.1 建立二维水动力数学模型

我国地震活动频繁，水工建筑物的抗震设计和抗震安全性评价，是水工结构学科研究的重要内容。利用建立的二维水动力数学模型，完成抗震计算，并采取相应抗震措施。

为适用于非恒定流水的水工建筑物，基于明渠和管道连接，设计了二维水动力数学模型，通过二维水动力模型解决水工建筑物耦合计算的问题［4］。为了研究基于二维水动力模型的水工建筑物的结构设计，需要分析水工建筑物有压、无压管流控制方程。有压、无压管流控制方程如式（1）：

以各医养结合型养老服务机构为决策单元，记Ipq（p=1，2，3，4，5；q=1，2，…，29）为第q个养老服务机构在第p个投入指标上的得分，Opq（p=1，2；q=1，2，…，29）为第q个机构在第p个产出指标上的得分。在不改变变量本质含义的基础上，对因子分析结果进行无量纲化处理，以使所有因子数值均大于0。转化公式如下：

有压、无压管流控制动量方程如式（2）：

式中 J为摩阻水头损失。

分别建立水工建筑物有压、无压管流控制的连续性、动量方程，完成二维水动力数学模型的搭建。通过搭建的数学模型模拟水工建筑物的非恒定流水，依托模拟的非恒定流水完成水工建筑物的结构可靠性、抗震性设计。

“哎哟——”恭建兵痛得大叫，猴子一样在人群里上窜下跳，左冲右躲，大叫着，“你怎么不扎陈山利，就欺负我！吃柿子拣软的捏。”

2.2 水工建筑物结构可靠性设计

任何结构都有失效的可能，即绝对安全的结构不存在，因此设计结构采用相关变量均为随机变量。

3.3 加强社区护理人员急救技术培训，提高突发急救的应对能力 加强社区急救护理培训可有效降低社区中突发心脑血管等意外事件的伤残率和病死率［4］。在急救培训中，我们采取模拟情景训练与急救演练、急救演示相结合，定期组织护士操练，对不合格人员进行一对一的培训，不断提高操作技能，同时利用小讲课加强对社区护理人员急救护理知识普及的培训。今年成功抢救猝死患者2例。并把学到的知识技能传授给社区居民，在社区居民中广泛开展急救护理知识的培训，采取讲课、发放急救知识小册子、放录像等方法，指导社区居民熟练掌握必需的急救基本知识和技能，这样不但能增强居民自救互救的意识，还可以降低社区意外伤害和突发疾病的因素［5］。

一般在水工建筑物结构可靠性设计中，应用的坝、泄洪建筑物的高度应高于施工期可能出现的最高水位0.5～0.7m（包括最高浪高），坝、泄洪建筑物的基底应比水工建筑物的基础的平面宽0.5～1.0m。考虑到排水设施会受到河水流速增大的影响，对水工建筑物坝、泄洪建筑结构和断面进行设计，来确保水工建筑物的自身性能。针对水工建筑物下沉幅度大的缺点，设置钢围堰基础，在其内部设置水位监测装置，控制钢围堰基础的稳定性，保证坝、泄洪建筑物基础受力稳定，减少水工建筑物结构发生滑移的概率。其次利用优选法寻求抗滑安全系数最小值及其对应的滑裂面参数，对土石坝进行可靠性设计，应用最小数学规划问题对重力坝、拱坝结构进行可靠性设计。

1375 胰腺癌石蜡包埋组织中微 RNA 原位杂交检测技术的优化 倪晨明，倪灿荣，金 钢，焦莉娟，李连峰，郑建明

低年级的孩子年龄小，注意力极易受到影响，注意的持续性也不强。如果孩子们一味地被动识字，不仅识字效率低，而且还会在一定程度上束缚思维的发展。因此，教师要在教学中创设一种宽松愉快的环境，顺应儿童心理，巧妙创设各种有利于学生识字的情境，以调动学生识字的兴趣。

2.3 水工建筑物结构抗震性设计

二维水动力模型是为在实验室中模拟复杂的自然环境中水的动态变化，即水中物质的扩散过程而制作的小规模模型。用以预测当时环境与某种影响时所发生的变化，其水平方向及深度方向的比例不同，按相似规律设计而成［3］。可根据试验目的确定组合支配各种现象和变化过程的因子并观察模型中（如设计的河流、湖泊、海湾等模型）污染物扩散规律和情况。

水工建筑失事中有一半是集中在施工期和适用初期，因此对基于二维水动力模型的水工建筑物的安全性校验，即验证水工建筑在施工期内及运行期内，强度安全性。

为了确保地震时，水工建筑物的防渗漏、防冲击性能，在进行水工建筑物的结构抗震性设计时需要检测结构刚度，良好的结构刚度能够保证水工建筑物具有良好的抗水流冲击能力。在设计水工建筑物接头时，严格按照水工建筑设计规范进行设计，同时严格设计验收工序，只有设计与检验相结合，才能确保水工建筑在地震时的具有优质的防渗漏、防冲击性能。

在节能项目的执行上，实行专业负责人制，每一个项目的参与人员由专业负责人和项目管理小组人员共同构成，负责对项目进行规范化管理。

坝、泄洪建筑物、输水建筑物往往是水工建筑物的一部分，其结构抗震性设计既涉及水流条件，又涉及本身结构、周围建筑物及下游的经济和技术指标。利用二维水动力数学模型模拟在设计烈度下，坝、泄洪建筑物、输水建筑物分别处于承载能力极限状态和正常使用状态下，水流条件及本身结构的形变量。在极限情况下，通过调整材料耐震系统，增加水工建筑物的结构抗震。

依托建立的二维水动力数学模型，完成水工建筑物的结构可靠性、抗震性设计，通过安全性校验实验，完成基于二维水动力模型的水工建筑物方案设计。

3 仿真实验

为保证设计的二维水动力模型水工建筑方案的有效性，进行仿真实验，仿真实验过程中，利用二维水动力模型模拟交替非恒定水流，结合水工建筑物，建立适用于具有复杂非恒定流水力学系统，通过对不同流量下非恒定水流计算模拟，验证基于二维水动力模型的水工建筑物的安全性。

利用二维水动力数学模型模拟准确度，计算结构和地基的受力特点。并利用结构安全等级确定材料抗力、勘测方法的取值规则，选取安全实用的建筑材料［5］。

3.1 数据准备

水工建筑物所在区域设计烈度为6°时，水工建筑物能够采取相应抗震措施即可； 当设计烈度高于9°时，水工建筑物需进行专门的抗震研究，使水工建筑物能抵设计烈度的地震，如有轻微破坏，经加固维修后仍可正常运行［6］。

本次试验采用仿真实验的方式进行验证，实验类型为对比实验，实验对象包括常规水工建筑物设计方案和基于二维水动力模型的水工建筑物设计方案。实验周期4个周期，实验参数如表3。

经过可靠性设计，水工建筑物在区域水库承载能力极限状态下，如有轻微破坏，经加固维修后仍可正常运行。

式中 H为压力水头；t为时间；z为水位；c为波速；V为断面平均流速；c为波速；g为重力加速度；渍为管道倾角；x为横坐标。

3.2 实验过程

（1）实验过程中，首先建立的二维水动力数学模型，模拟非恒定水流，使得水工建筑分别处于承载能力极限状态和正常使用状态。利用功能函数完成水工建筑结构状态的确定，功能函数如式（3）。

其中，X（1，2…n）为水工建筑中不同建筑物的可靠度。当功能函数为0时，水工建筑结构处于极限状态；当功能函数为正数时，水工建筑结构处于可靠状态；当功能函数为负数时，水工建筑结构处于失效状态。

护树罗锅的原型是竹节虫。竹节虫体长而大，看上去像小树枝，最长可达62.4厘米，是世界最大的昆虫。它的体色多为绿色或褐色，不同的温度和光线下，体色会有所变化，以便能完全融入周围环境中，这也被称为“拟态”现象。

（2）根据对比实验参数要求，构建仿真试验环境，模拟两处500万m3库容量标准水库。载入两种设计方案，即本文提出方案和传统设计方案。

（3）分别对常规方案设计下水工建筑，以及基于二维水动力模型方案设计下水工建筑，进行仿真实验，并对实验数据进行统计，形成图表。

3.3 实验结果

依托仿真软件，得出水工建筑在施工期内及运行期内，强度安全性对比结果曲线，如图1。

根据实验对比结果，利用算术平均值计算法，求平均值，得出本文提出的水工建筑设计方案下，建筑结构强度安全性为94.32%，常规水工建筑设计方案下，建筑结构强度安全性为42.25%，从而得出基于二维水动力模型的水工建筑物设计方案较常规设计方案的建筑结构安全性提升29.5%。

1.5 统计学方法 采用SPSS 21.0统计学软件对数据进行处理。计量资料采用t检验，计数资料采用χ2检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

4 结语

通过对水工建筑物进行初始设计，建立二维水动力数学模型，依托二维水动力数学模型，设计水工建筑物的结构，从而完成本文研究。通过仿真实验，对水工建筑的结构进行安全性校验，实验证明，该水工建筑设计方案具有可行性。

参考文献：

［1］庞瑞，董滇红，蒋爱辞，等.Catia和VisualFL在水工建筑三维设计中的应用［J］.人民长江，2017（S1）：176-178+189.

［2］张宇，孔宪京，邹德高.高面板堆石坝地震响应比较——基于新、旧《水电工程水工建筑物抗震设计规范》［J］.水力发电学报，2017，36（2）.

［3］任梅芳，徐宗学，苏广新.基于二维水动力模型与经验公式的桥梁壅水计算及其对比分析［J］.水力发电学报，2017（05）：80-89.

［4］陈俊鸿，刘小龙，王岗，等.基于一、二维耦合水动力模型的赣西联圩溃堤洪水风险分析［J］.中国农村水利水电，2017（6）.

［5］果鹏，夏军强，张晓雷，等.基于二维水动力学过程的洪泛区避难逃生路线优化模型及应用［J］.水利学报，2017（4）.

［6］曹引，冶运涛，梁犁丽，等.二维水动力模型参数和边界条件不确定性分析［J］.水力发电学报，2018，37（6）.