[发明专利]一种基于叠加消波原理的大型输水明渠闸门控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于叠加消波原理的大型输水明渠闸门控制方法，是一种用于水工设施的自动控制方法，是一种适用于大型明渠输水工程的水流自动控制方法。

背景技术

明渠是农业灌溉和调水工程的主要输水方式。输水明渠通常由节制闸分隔成相串连的多个渠段，各渠段内布设分水口，用以向沿线农村或城市供水。当分水口按用水计划改变分水流量时，渠道内的水位与流量随之发生变化，为保证整个渠道的水量平衡，需要调节沿线各节制闸的开度，使供水与分水口用水在水量上达到动态平衡。

明渠输水时，维持分水口处水位的相对稳定十分重要。由于分水口通常是重力式分水口，渠道水位的大幅波动会影响分水口流量的稳定，给水量的计量工作带来困难。此外，分水口处水位的快速变化，还可能引发结构安全事故。即一旦渠道底部或侧面的静水压力超过渠道内水压力，将导致渠道衬砌破坏。一般规定，混凝土衬砌渠道的水位下降速率每小时不超过0.15米，每24小时不超过0.3米。水位上升速率每小时不超过0.15米，对于充水阶段，渠道每24小时水位上升不应超过0.45米。 

传统的输水调度中，节制闸与分水闸在操作时间上的协调上主要靠经验，其操作间隔的估算，一种做法是按水流的流速粗略估算。然而由于水流流速较移动波速差数倍，按此估算出的节制闸操作时间明显偏早，其结果是节制闸开启后移动波很快就到达分水口附近，而此时分水口尚不到开启时间，导致附近水位持续上涨。该情形下管理者需密切监控分水口处水位，管理成本高。另一种做法是基于移动波波速估算。但由于移动波速度大，估算出的时间短，节制闸的启闭时间明显偏晚，导致分水口开启时，上游“补水”刚刚开始，但还远未完成，导致分水口处水位降幅较大，也需密切监控，运行维护成本也较大。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种基于叠加消波原理的大型输水明渠闸门控制方法。所述的控制方法利用波的叠加相消原理，通过合理确定节制闸与分水闸操作时间间隔，使节制闸开启/关闭产生的正波/负波与分水口开启/关闭产生的负波/正波在分水口处相遇、叠加、相消，从而有效消减分水口附近水位波动。

本发明的目的是这样实现的：一种基于叠加消波原理的大型输水明渠闸门控制方法，所述方法使用的系统包括：一条被节制闸分隔成串联渠段的自流型输水明渠，各渠段内设有带有分水闸的重力式的分水口，各分水口上游的节制闸的节制闸启闭机构与各自的控制单元连接，所述的各个控制单元与各自的闸前水位传感器、闸后水位传感器、闸门开度传感器、分水闸启闭机构、分水口流量传感器连接，所述方法的步骤如下：

计算移动波移动时间的步骤：用于根据渠段上游节制闸与下游分水口间的距离，计算移动波由节制闸运动至分水口所需的时间DT₁；

计算正负移动波叠加时间的步骤：用于计算节制闸引发的移动波与分水口引发的移动波叠加相消所需的时间DT₂；

确定分水口流量参数的步骤：用于基于分水口用水计划，确定分水口流量变化时刻TDq和变化量Dq；

计算节制闸开度调整时刻的步骤：用于使用分水口流量发生变化的时刻减去移动波由节制闸运动至分水口所需的时间和移动波与分水口引发的移动波叠加相消所需的时间，计算出节制闸开度调整时刻TG₁；

计算渠道蓄量调整值的步骤：用于将分水口流量变化之后渠道内水体体积减去分水口流量变化之前渠道内水体体积，计算出渠道蓄量调整值DV_e；

计算节制闸流量调整值的步骤：用于将渠道蓄量调整值除以移动波由节制闸运动至分水口所需的时间与移动波与分水口引发的移动波叠加相消所需的时间之和，计算出节制闸开度调整时刻TG₁的节制闸流量调整值DQG₁；

计算节制闸实际开度的步骤：用于根据TG₁时刻的闸前水位Y_u_TG₁、闸后水位Y_d_TG₁和节制闸流量调整值DQG₁计算出节制闸G的实际开度GA_TG₁；