长距离明渠调水工程蓄量动态调节控制算法研究

本文阐明了明渠渠池蓄量与节制闸闸前水位之间的单值对应关系,在此基础上提出一套通过动态调节渠池蓄量,实现闸前常水位运行的控制算法。该算法基于流量平衡和蓄量平衡关系推导,前馈控制与反馈控制相结合。前馈控制根据分水口计划主动调节各渠池蓄量,起粗调作用;反馈控制针对前馈控制过程出现的水位偏差,通过动态调节各渠池蓄量实时校正,起细调作用。该算法具有原理简单,参数率定简便,控制规则灵活,实用性强等特点。算法在南水北调东线工程胶东段渠道进行了仿真测试,模拟环境包含水位死区和闸门运动死区。结果表明,所提算法能够有效克服长距离明渠水力滞后的影响,及时有效消除各渠池闸前水位偏差,将水位波动限定在安全范围内。     

大型输水明渠运行控制模式研究

以南水北调中线干渠为背景,研究了大型输水明渠闸前常水位运行控制模式.基于下游运行控制概念,提出了包括前馈控制、反馈控制和解耦三个环节的分布式集中控制方案.其中前馈控制采用主动蓄量补偿方法,用于消除计划分水等可预测扰动的影响,加快渠道的响应与恢复速度.反馈控制采用水位-流量串级PI反馈控制方法,用于消除非计划分水等未知扰动和测量扰动的影响.采用流量控制器降低下游方向渠池间的耦合影响.设计专门的解耦算法,降低上游方向的耦合影响.在南水北调中线京石段渠道上进行了仿真试验.模拟了计划分水和非计划分水工况下,各闸门的操作过程和相应水位流量响应过程.结果表明,所设计的控制方案能够有效减少大型输水明渠的时间滞后,快速消除已知分水扰动和未知分水扰动的影响,使闸前水位快速回复至目标值,控制过程中的水位波动满足安全限幅.     

南水北调中线分水口群不同运用方式对总干渠水力控制特性的影响

分析了南水北调中线总干渠在闸前常水位运行方式下,满足分水口群用水需求的节制闸控制方式和算法,通过数值仿真,重点研究了分水口群分别采用顺序运用方式、同步运用方式及逆序运用方式时,总干渠在闸前水位偏差、水力过渡时间和闸门操作历时等水力控制指标方面的差别。研究表明,闸门操作历时在顺序运用方式下最短,逆序运用方式下最长;水力过渡时间在同步运用方式下最短,逆序运用方式下最长;而闸前水位偏差指标在三种运用方式下相同。     

南水北调中线工程智能调控与应急调度关键技术

南水北调中线工程具有输水线路长、涉及区域广、参与工程多、调水规模大、输水工况多变等特点,给工程的调度、控制和运行管理带来极大困难。工程上技术的难题在于其背后的科学机理性问题并没有完全揭示和解决,包括变化条件下多水源联合多维均衡调控机制、水量水质多过程耦合机理、多物质突发水污染应急调度模式、多闸门联合运用下的明渠水力学响应机理与控制等。为建立一套完备的技术体系来支撑其调度运行,围绕"预报-调度-模拟-控制-评价"这五个关键环节对现有研究进行分类总结;然后,在综述以往研究不足的基础上,对亟需攻关的关键技术进行了详细阐释,涵盖了水源区与受水区预报调度、总干渠冰水污染多相模拟、总干渠水量水质联合调度、中线全线自动化控制技术、调度评价技术与平台建设等多个方面;最后,文章讨论了实现中线智能调控和应急调度亟待解决的科学问题,并进行了研究总结。     

南水北调中线工程应急调度目标水位研究

以南水北调中线工程为例,建立一维应急调度数值模型,选取典型渠段作为算例,研究中线工程总干渠突发事故应急调度时输水明渠节制闸闸前目标水位的设定对渠道节制闸水位壅高、渠段退水量等参数指标的影响。研究表明:目标水位的设置直接影响到渠道退水量、渠道最高水位壅高。闸前目标水位越高,渠道水位壅高越高,但渠道退水量越小。为提高应急调度的安全经济性应在保证不发生漫顶事故的前提下,尽量加大事故上游渠段节制闸前目标水位。研究成果可为中线工程应急预案的建立提供参考。     

南水北调中线应急调度节制闸预警水位研究

为研究南水北调中线工程总干渠突发事故应急调度时,输水明渠节制闸预警水位的设定对渠道节制闸水位壅高、渠段退水量等参数指标的影响,建立一维应急调度数值模型,选取典型渠段作为算例,对各影响因素进行了计算分析。结果表明,渠道节制闸前预警水位越接近加大水位,渠道退水量越小,闸前最大水位壅高也更趋缓和。因此,为提高应急调度的安全经济性,应选取更接近加大水位的水位值作为闸前预警水位。研究成果可为中线工程应急预案的制定提供理论支撑。     

大流量明渠输水工程渡槽闸墩振动机理研究

针对长距离输水明渠过渡段水流剧烈波动造成渡槽闸墩异常振动的问题,以南水北调中线工程十二里河渡槽为例,通过长度比尺1∶36的物理模型试验复演了原型闸孔调度过程,分析了与闸墩振动密切相关的水动力要素,从进出口隔墩长度和体型、渐变段布置以及闸孔调度运行等方面对中墩振动机理进行了深入探讨。研究结果表明：闸墩振动主要源于水流横向摆动冲击建筑物及分隔墩末端出现间歇性游离的马蹄涡流态诱导所致;采用优化中墩布置型式、调整进出口渐变段收缩角或扩散角及调度运行方式等措施,可有效降低渡槽段水位波动及闸墩振动强度。研究成果可为大型调水工程渡槽设计及调度运行提供参考。     

南水北调中线京石段应急供水工程之保定段输水明渠

南水北调中线京石段应急供水工程,是南水北调中线工程的重要组成部分,起点为石庄市古运河枢纽进口,终点为北京市团城湖,总长307km。其中,河北段从石庄古运河枢纽开采用明渠自流输水方,沿京广铁路西侧,途经石庄市、保定市,过北拒马河中支后进入北京市。北京段从北拒马河中支南开采用管涵输水方,途经房山区、丰台区,至总干渠终点团城湖。     

南水北调中线工程运行特性及控制方式研究

简要介绍了国家＂十一五＂科技支撑计划项目＂南水北调中线工程关键技术研究与应用＂课题四＂中线工程输水能力及冰害防治技术研究＂所取得的部分水力学研究成果,包括南水北调中线工程输水模拟平台的研制、中线工程数值仿真软件开发、分水口和节制闸的水力敏感性分析、闸前常水位控制算法、穿黄工程节制闸闸前水位确定、冰期输水能力及冰期运行控制等,研究成果紧密结合中线工程的实际情况,可应用于中线工程的运行、调度与管理。     

南水北调中线工程输水调度初始控制策略研究

南水北调中线工程输水干线由61个节制闸控制水流。根据各渠段内进出流量及渠道内初末状态体积的变化,可以将调度过程中各渠道的流量体积变化归纳为关闭充水、关闭泄水、开启充水、开启泄水4种情况。根据这4种运行情况,分别制定相应的控制策略,确定各节制闸流量调整的起始、结束时刻,最终得出了南水北调中线工程输水调度初始控制策略,满足渠道安全运行要求。     

南水北调中线总干渠冬季输水过渡期运行控制方式探讨

以南水北调中线总干渠为对象，研究了冬季输水过渡期，局部渠段的闸前变水位运行方式及整个干渠的闸门控制算法。将闸前变水位运行方式的实现过程分解为闸前常水位运行和变水位蓄量补偿两个同步进行的过程，分别完成流量变化目标和蓄量变化目标。设计了整个干渠结构统一的闸门控制算法，不仅能够实现闸前变水位与闸前常水位运行方式间的切换，还能实现二者的联合运行。闸门控制算法由前馈控制、反馈控制和解耦三个部分组成。在总干渠全线上数值模拟了冬季输水前，安阳河闸以北抬升控制水位而以南维持不变的过程。结果表明，在2d时间内，安阳河闸以北的控制水位可由设计水位抬升至加大水位，整个渠道的水力过渡过程平稳，水位波动符合安全限幅要求。     

南水北调中线总干渠防洪风险评估方法的研究

本文以风险理论为基础，提出了先建立二维复合事件风险组合模型，然后再进行两两组合，逐步给出整个引水工程防洪风险的估算方法。并以河北省段为例，对该方法进行了应用，结果表明：南水北调中线工程河北省段的防洪风险大约为30年一遇左右，其输水的安全性是有保证的，这为南水北调中线工程的论证提供了有利的科学依据。     

跨流域调水工程水量配置与调度耦合方法研究

以实现外调水总量分配和工程运行调度的耦合为目标,通过构建外调水工程与本地水系统的整体框架,分析跨流域调水配置与工程调度的关系,建立从配置到调度的耦合模拟模型,提出从区域水量配置到工程调度的方案。在给出调水总量配置方案后,分析在工程运行约束条件下的水量配置实施过程,对不合理的水量配置进行检验反馈,通过外调水与本地水补偿配置调度耦合算法对可行的水量配置进行优化,提出区域工程调度方案。将模型应用于南水北调东线的外调水配置调度,结果表明:跨流域调水配置模型进行受水区水量分配,Res-Sim水力学模拟模型考虑不同输水工程段,两个模型通过渠段与受水区的关联建立了数据映射关系,实现了从配置总量到调度需求的耦合;耦合模拟模型可以将中长期尺度的配置成果和短期尺度调度模型有机结合,将配置成果分配到调水工程的工程节点,并对其运行进行优化。研究成果可以为水量配置和调度的集成化研究提供借鉴。     

长距离渠道闸门故障扰动及小影响应急调度研究

闸门控制故障是威胁长距离输水渠道正常调度运行的常见风险之一,研究闸门故障工况下渠道水力响应及快速应急调度响应措施对长距离输水渠段安全运行具有重要意义。以南水北调中线一期工程为研究对象,基于通水3 a以来的实际调度运行状况,构建闸门故障扰动一维非恒定流水力学模型,分析渠段的水力响应,并研究应对闸门故障扰动的小影响应急调度措施。计算结果表明:闸门故障扰动下的水力响应与渠道流量、渠段长度密切相关;通过调节旁侧闸门的小影响应急调度措施能尽可能减小事故闸门的影响,维持上下游渠道水位的相对稳定,且响应时间越早越有利于闸门事故控制;事故闸门开度长时间大幅度异常时,需联合临近节制闸、分水闸、退水闸共同调度才能维持渠道正常输水及安全运行。研究成果可为南水北调中线一期工程调度运行应急预案及风险管理提供参考。     

南水北调东线工程江苏段水量优化调度研究

在对南水北调东线工程沿线水资源系统进行分析和概化的基础上,建立了江苏段水量优化调度数学模型,提出了一种基于改进遗传算法的模型求解方法,并针对三种不同保证率工况进行了模拟计算。结果表明,对比常规调度,该方法能有效降低系统总缺水量及工作能耗,使系统水资源得到更为科学合理的配置,具有很好的应用价值,为南水北调东线工程的运行管理及未来实时优化调度提供了新的思路。     

丹江口库区及上游水资源保护对策

〗《丹江口库区及上游水污染防治和水土保持规划》已于2006年2月10日经国务院正式批复，目前正在逐步实施。以往，库区及上游有关部门和地区已相应编制了一些水资源保护方面的规划，包括地方国民经济和社会发展规划，但这些规划之间缺乏衔接，难以满足当前水资源保护形势的要求。从中线水源区水资源现状出发，分析了丹江口库区目前水资源保护及管理上出现的新情况、新问题；阐明了水源区的水环境保护、管理、监测的重要性，进而从宏观上提出了流域与区域相结合，加强水资源统一管理的设想、方法、途径；提出了切实保证南水北调中线工程水源区水资源质量的措施与对策。