[发明专利]一种以耦合水位差作为被控量的输水明渠渠系运行方式

说明书

本发明公开了一种以耦合水位差作为被控量的输水明渠渠系运行方式。输水明渠渠系在运行中经常出现来水量与取水量不相等的情况，渠段内来水量取水量不相等会导致渠段内水量发生变化进而导致水位升高或降低；本发明通过在每个闸门动作时刻测量的到节制闸上下游控制点的水位误差，根据上下游水位误差的差值计算得到下个时刻的节制闸目标开度，使相邻渠段内的水位同升或同降。本发明使多个渠段在一个取水计划时间内保持相对稳定的水位，有效避免某一段渠池内水位变化过大导致渠段漫顶或露底。

技术领域

本发明属于渠道调度领域，涉及一种输水明渠运行方式，具体涉及一种以耦合水位差作为控制量的输水明渠渠系运行方式。

背景技术

随着经济社会的发展，水资源供需矛盾日益突出，为了调节水资源在空间上的分布需要修建相应的输水系统。开敞式明渠作为主要的输水方式，具有经济、高效、管理方便等优点，其主要的功能为将水从水源地输送到沿途的分水口及下游用水户。由于明渠输水系统具有距离长的特点，加上水波在明渠中传播速度较慢的特性，对于一般的长距离输水工程而言，从水源处引水流量增加到最下游取水口处流量增加，其中经过的时间长达几天之久。因此，为达到理想的输水效果，在用水户需要新的取水流量时，要求用水户提前一段时间向管理单位提出用水需求，管理单位根据各级用水户的需求，提前一定时间调整引水流量和闸门、泵站等输水建筑物。

然而，由于引水口建筑物的限制，或者水源管理方的限制，引水流量有时无法严格等于用水户的取水流量；或者由于用水户的调整，取水流量有时与申报的取水计划有出入，因此，引水流量与取水流量之间常常存在差值。为了避免因引水流量和取水流量之间的差值导致渠道水面漫顶或露底，渠道需要采用一定的运行方式，现有的运行方式有下游常水位运行方式和上游常水位运行方式。下游常水位和上游常水位运行方式都以每段渠道最下游水深作为被控变量：设置每段渠道最下游水深的目标值，使实际运行过程中的水位保持在目标值。两者的不同之处在于：下游常水位运行方式下的渠道，通过调整渠段上游入流流量使渠段最下游水位稳定在目标值；上游常水位运行方式下的渠道，通过调整渠段下游出流流量使渠段最下游水位稳定在目标值。两种运行方式的不足之处在于：下游常水位运行方式下的渠道，将引水和取水流量之间的矛盾向上游渠段传递，最终累计在第一段渠段；上游常水位运行方式下的渠道，将引水和取水流量之间的矛盾向下游渠段传递，最终累计在最后一段渠段。因此，有一段渠段水位变化最剧烈，面临漫顶和露底的风险也最大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是设计一种新的输水明渠渠系运行方式，能够：一、有效减轻引水流量和取水流量不对等给渠道正常运行带来的漫顶和露底的风险；二、减轻水位波动对渠道衬砌结构的影响以避免造成衬砌破坏。

本发明的主体为一种以耦合水位差作为控制量的输水明渠渠系运行方式，包含一套信息传输系统，一套输水建筑物中央控制系统，一套以耦合水位差为被控变量的控制算法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种以耦合水位差作为被控量的输水明渠渠系运行方式，其特征在于，所述渠系包括依次相连且高程不同的多个渠段，相邻渠段之间设置有节制闸的闸门，每个渠段内均设置有测量其水位深度的水位传感器；该控制模式包括以下步骤：

S1、通过水位传感器监测各个渠段的控制点水位，计算得到各个控制点实际水位与设定水位的误差，即为水位误差；

S2、计算渠系内各个节制闸上下游渠段内控制点的水位误差的差值；

S3、根据节制闸前后渠段内控制点的水位误差的差值计算下个时刻该节制闸的目标流量；

S4、到达下个闸门动作时刻，调整该节节制闸开度使节制闸过流量等于目标流量；

S5、重复S1-S4，完成每个节制阀在每个调整时刻的调整。

作为优选，该控制模式中的闸门动作时间步长为0.5-2h。