随着城市的需水量与日俱增、水资源时空分布不均,水资源供需矛盾日益突出,开发建设大规模、长距离、跨流域供水工程成为必然趋势,它是解决水资源分布地域差异、缓解供需矛盾的有效工程措施。中部引黄工程是山西省“十二五规划”大水网建设中一项重要的工程,该工程线路长,输水形式多变(隧洞、渡槽、埋涵、倒虹吸等),水流条件复杂多变,运行管理时安全问题突出。本文结合该工程开展了管渠输水系统过渡过程的数值模拟软件开发及计算分析,主要研究内容如下:(1)基于一维明渠非恒定流和管道非恒定流理论以及变时步法,建立有压管道和无压明渠联合计算的数学模型。(2)对复杂输水系统水力仿真数学模型的改进。在管渠联合计算数值模型的基础上,对摩阻计算和时间步长计算方法进行改进,以期使数值模拟结果更准确。(3)建立不同输水方式边界的水力计算模型,包括无压隧洞与倒虹吸的衔接,马蹄形截面的简化计算方法,不同截面形式的无压隧洞间的衔接,闸门与分水口的计算模型等。(4)采用Visual Basic 6.0作为开发语言,开发功能齐全、性能可靠、操作简单、界面友善的长距离复杂输水水力过渡过程计算分析系统。(5)结合山西省中部引黄输水工程,对其进行水力过渡过程模拟计算,确定该供水系统的安全运行方式,并分析闸门调控规律。研究主要结论:(1)瞬变流摩阻计算采用MIAB摩阻模型代替“拟稳态”计算模型精度更高;改进的调整波速法计算时间步长更切合实际。(2)基于改进的管渠联合计算数学模型,采用Visual Basic和SQL sever2000开发的复杂输水系统过渡过程模拟计算分析系统,数值模拟计算得出结果符合一般水力学规律,可靠性较高,可作为相关技术人员的水力调度依据。(3)采用已开发的输水计算分析系统,对山西省中部引黄输水工程过渡过程进行数值模拟,分析结果得到:①闸门调控的普遍规律,即闸门的开启速率对最终的稳定流态没有影响,闸门开启速率越大,水位变幅越大;②确定了该工程的闸门安全运行模式;③设计工况下,采用合理的运行模式,明渠和管道均能满足安全输水要求,验证了工程设计的合理性。