水利工程系水工一体化模拟仿真实训平台一、项目背景水工一体化模拟仿真实训平台选用国内知名大型水电站（拱坝、重力坝、土石坝等）为原型制作，按比例设计加工成三级枢纽动态仿真设备，集仿真演示、模拟实训、数据采集存储和运用等于一体，实现仿真模拟通水演示，通过计算机操控演示得到枢纽大坝及各建筑物运行状态、实现实时界面操作等功能。含PLC智能模块，可实现挑距冲刷坑变化、水流形态变化、水位观测、模拟发电、显示实时状态。该平台可通过演示操作来加深学生对各种电站功能布局的认识，突出实践教学在学生基本技能和创新能力培养中的作用，训练学生从事水利水电工程领域的施工和管理等方面工作的基本技能，达到教、学、练一体化的目的。其内容涉及到《水文及水利水电规划》、《水工建筑物》、《水电站》、《水电站建筑物》、《水力学》、《水工结构》、《水利工程施工》、《水轮机》等多门学科。二、项目说明本水工一体化模拟仿真实训平台为某一河流梯级开发的动态模拟，它包括水资源开发与利用的三级水利枢纽，一、二级为水利水电蓄水枢纽，三级为有坝引水枢纽。三级水利枢纽包括了水利工程中的一些主要水工建筑物，整个平台建设要求动态，直观，还能反映水工建筑物的细部结构，用不同颜色的材料表示，模型尺寸大致为16米×8米×3米，设备演示实验用水采用自循环系统供水。整个水工一体化模拟仿真实训平台应具有以下功能和特点:（一）水工建筑物典型，全面，综合性强，有双曲拱坝、重力坝、土石坝，水闸，船闸、渠系建筑物等水工建筑物。（二）各级枢纽可按实际通水，动态模拟，形象逼真，仿真性强，使人有身临其境的感觉。具有很高的观赏性，直观性。（三）操作控制分触控软件控制、iPad移动式全方位控制两种操作方式，操作方便、灵活。（四）平台中的传动机构采用金属部件，坚固耐用，不变形。（五）设备采用单片机自动程序控制，语音讲解。（六）设备演示时，可清楚的观看到水的各种流态，如电站引水系统的非恒定流现象、坝段渗流、消能及各级枢纽设备的运行操作，如:泄洪，升船过坝，船闸运行等。另外能人机互动，方便教学演示。模型建成后，能为水利学科各专业学生认识实习、专业课实验教学及职工培训所用。参考图片（整体样式）三、实训平台结构要点（一）一级蓄水枢纽及建筑物—双曲拱坝一级蓄水枢纽为某河流水资源龙头开发的动态模拟，一级水利枢纽知名大型拱坝水利枢纽工程为原型等比例缩小制作，其枢纽的主要任务是防洪、灌溉和发电等。主要建筑物包括:挡水大坝、表孔泄水的溢流坝段，两个对称布置的滑雪式溢洪道，放空底孔，水电站引水洞进口建筑物。整个水工建筑物要求透明直观，既能反应建筑物的细部结构，又能进行水库的调度调节及水电站运行的动态模拟演示， 产流模型需根据流域或区域的气候、植被、土壤、土地利用等因素，考虑选择合适的产流机制，比如针对湿润或干旱地区，产流机制是不一样的，具体对应蓄满产流还是超渗产流，需要因地制宜，选择合适的公式与参数；产流结构也需要重点考虑，比如是否考虑壤中流和地下水流动。坡面汇流模型有单位线法、线性水库法、滞后演算法、二维地表浅水方程法，针对山区小流域洪水模拟优先选择二维地表浅水方程。一维河道水动力模型则采用一维圣维南偏微方程进行计算。3.水科学模型在预警中扮演的角色？水科学模型在预警环节作用较轻，预警最重要是对不同灾害对象，确定要素，再对这些要素定量分析，确定预警阈值，根据阈值的划分，结合管理方法和行业标准，制定预警等级和信号。在此环节，水科学模型可以对要素的阈值进行科学评估，比如对河道断面水位阈值设定进行评估时，需要考虑水位上涨的速率、水位对应的淹没范围、淹没时间、淹没损失等，进去综合评估，验证阈值确定的是否合理。4.水科学模型在预演中扮演的角色？水科学模型在预演环节扮演着多维时空统一数据驱动者的角色，为三维可视化模型提供丰富的数据驱动。多维数据是指，水科学模型可以提供水位、流量、流速、流向、泥沙、氮磷、需氧量、大肠杆菌、重金属、藻类等多个维度的物理量；时空统一是指所有物理量在统一时空坐标系。在预演的过程中，水科学模型输出单个或多个物理量结果进行时空演变，另外结合水工程的调度规则，可以生成多种方案的演变结果库，供水利管理人员进行分析。此外，水科学还可以耦合经济效益评估模型，以及灾情损失评估模型，将每个预演方案带来的经济效益和灾情损失进行预演分析。比如在一场洪水演进中，使用二维水动力模型来计算淹没区域的时间、范围、水深，结合这些计算结果与数值网格对应的人口、房屋、农田、交通、工矿等社会经济信息，通过经济损失评估模型，实时得出受灾人口、受灾房屋、受灾经济等数据。5.水科学模型在预案中扮演的角色？预案环节主要是在预演方案库中优化方案或者挑选最优的水工程调度方案，以及编制防守抢护、人员防灾避险等措施方案。在方案优化分析中，需要综合考虑到水工程受损、受灾人口、房屋受灾、工厂受灾、农田受灾、经济效应等方面，在分析这些利害关系时，以及后期制定受灾人员物质转移路线、安置地点、救援人员物质装备配比，都会用到水科学模型的时空分布水情数据做支撑，比如淹没的时空过程数据（时间、坐标及对应的水位值）。 三峡水利枢纽水力发电动态模拟仿真设备1、 尺寸:模型以矩形方式体现，主体面积为1500mm*1800mm模型总高度不超过1100mm（以实际场地为准）.2、 比例:1:10000（三峡大坝）3、 主题材料:合资亚克力、有色有机玻璃、ABS高分聚合工程板材、环氧树脂玻璃钢、LED灯、东莞伟盛电机、新界水泵、绿化环境材料等等。4、 展台材料:GB精品实木板材、优质防火板贴面、不锈钢包边、保证安全、牢靠、不变形。5、 工作电压:220V 、 50-60HZ6、 主要功能:立面、全面、准确反映三峡大坝水利枢纽电站的整体结构和动态逼真演示其运行过程。了解关于水电站枢纽沙盘，长沙强联模型制造有限公司为您提供服务。7、 模型展示内容包括泄洪坝、左岸大坝、右岸大坝、围堰、导流明渠、右岸非溢流坝、电站厂房、专用公路、单线一级垂直升船机、永久双线五级梯级船闸、以及三峡大坝大幅写真背景墙等等。8、 灯光表现:左岸大坝和右岸大坝坝面采用透明有机玻璃，内部廊道装有LED灯，能清晰直观看到坝体内部的廊道布局。9、该三峡大坝模型为动态演示模型，基本设施结构合理、结合自然、形象逼真、外观漂亮、大方，让学生通过此模型更好的了解目前我国乃至全世界上最伟大的水利枢纽工程。水力发电动态模拟仿真设备尺寸要求:3500mm*2200mm*1400mm(误差正负 5%）功能与材料要求:模型材料:采用有机玻璃，珠光玻璃、不锈钢、工程塑料，铜质构件、灯光控制系统、电子、电气，装饰材料等。模型功能:模型选用三峡水利枢纽工程按比例缩小制作。模型将枢纽的地形、地貌、坝形、电站等水工建筑物清楚地展示出，主要内容有:河道、河岸自然物、挡水大坝、泄水建筑物、电站建筑物、船闸、升船机、控制楼、深孔坝段、厂房坝段、水电站、开关站、出线、铁塔、交通道及枢纽内其它建筑设施。模型的部分水闸能电动开启，模拟闸门的打开和关闭；整个水利枢纽模型能通水演示，是一个水循环系统；模型底板用玻璃钢制作，形成一体，做到不变形、不漏水；（1）电站类型——模型发电厂为坝后式水电站。（2）合理布置船闸及其引航道。（3）厂房用有机玻璃制作为全透明。（4）厂房内的发电机组、行车和机旁控制能清晰可见。（5）模型可冲水演示，模拟电站发电、泄洪等工作原理。（6）模型备有自动供水循环系统，有水箱能实现水的循环使用。（7）地形地貌制作逼真、形象。山体地形严格按地形图上的等高线，按比例进行缩放，通过制模形成山峰、谷地、悬崖、洼地等。整个模型结构牢固耐久、不开裂、不褪色，而且形体、色泽逼真；（8）电站建筑物、控制楼均以珠光有机玻璃经雕刻机加工制作，开关站各部件如:隔离开关、断路器、电流互感器、电压互感器、变压器、母线构架、出线，铁塔、上坝公路等全部具备。（9）控制装置模型配有手动操作盘。台面控制按键能满足水工建筑物运行，各设备可单独操作运行演示。电机功率:0.75kw配电电源:220V