一种长距离输水明渠事故段上游应急响应闸门群控制方法技术

本发明专利技术涉及一种长距离输水明渠事故段上游应急响应闸门群控制方法，包括：评定等体积运行可行性；确定等体积运行渠段范围；同步关闭节制闸；计算入流闸门流量调控目标值；计算蓄量调控目标值；计算回调时刻；回调入流闸门流量；监控并修正闸前水位。本发明专利技术通过评定事故段上游各渠池应急调控时采用等体积运行的可行性，在部分渠池引入等体积运行方式，实施同一渠道等体积与闸前常水位运行方式串接运行的闸门群调控方法，实现渠道由正常输水态向应急输水态安全、高效切换。本发明专利技术避免了应急过渡过程中蓄量的反复充泄，提高了调控效率，降低了运行成本。

Control method for upstream emergency response gate group of long distance water diversion open channel accident section

The invention relates to a gate group control method, a long distance open channel accident emergency response: assessment of the upper section of the feasibility of determining the volume volume; running canal; synchronous closed gate; calculation of inflow gate flow control target value calculation; storage target value; calculating the callback time; callback inflow gate flow; monitor and correct the gate level. Through the evaluation of upstream section of each canal pool accident emergency control the feasibility of volume operation, in the part of the introduction of canal pool volume operation mode, the implementation of the same channel volume and constant downstream depth operation mode of series gate group control method is running, You Zheng often water channel state to state safety, emergency water supply high performance switch. The invention avoids the repeated filling of the storage quantity during the emergency transition process, improves the control efficiency and reduces the operation cost.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种长距离输水明渠事故段上游应急响应闸门群控制方法，是一种用于水工设施的自动控制方法，是一种适用于长距离明渠输水工程的水流自动控制方法。
技术介绍
长距离明渠输水工程是由一系列节制闸串接明渠组成的串联系统，其中任一建筑物(或设施)的失效都将导致系统的失效。由于输水距离长，工程沿线地质条件复杂，地理环境和气象条件差异较大，因自然灾害、交通事故或其它突发事件导致的渠道应急响应事件不可避免，事故上游段需紧急截断水流或在短期内大幅度改变流量，由正常输水状态切换至应急输水状态。为避免漫溢、衬砌扬压破坏等次生灾害，保障过渡过程的安全、平稳进行，需采用科学的闸门群应急调度方法。目前针对长距离输水工程应急调控方法的研究还很薄弱，多数研究仅限于应急预案制定的原则和方向，部分涉及退水闸等控制结构的应急水力响应特性，但对于具体调度方法的研究很少，能够提出闸门群调控方法的成果更少，没有一套可具体操作实施的应急调控方法。当前长距离渠道应急调控通常采用闸前常水位运行方式。如《南水北调中线干线工程突发事件应急调度预案》（Q/NSBDZX G014-2014）中规定：对于事故段上游，均按照闸前常水位控制原则，根据实际水位，实时调整闸门开度。然而，虽然闸前常水位运行方式有利于渠道维持大流量输水，却严重影响其应急调度时的水力响应特性。美国ASCE组织编写的渠系自动化手册（Canal System Automation Manual）中指出，闸前常水位运行方式下渠道水面线绕闸前支枢点旋转，导致渠道流量变化与其自然趋势相反，大大降低了渠道的水力响应与恢复特性。
技术实现思路
为了克服现有技术的问题，本专利技术提出了一种长距离输水明渠事故段上游应急响应闸门群控制方法。所述的方法克服闸前常水位运行方式的缺陷，合理调控渠道应急响应时的蓄量变化过程，是解决渠道应急调控难题的重要途径。本专利技术的目的是这样实现的：一种长距离输水明渠事故段上游应急响应闸门群控制方法，所述的方法使用的系统包括：一条带有水位反馈控制系统的自流型输水明渠，所述的自流型输水明渠被多个节制闸分隔成多个串联的渠池，所述的渠池内设有分水口；其特征在于：所述方法包括两个过程：准备过程和应急过程；所述方法的步骤如下：准备过程包括：评定等体积运行可行性的步骤：用于评定各渠池应急调控时采用等体积运行的可行性，计算各渠池下游端节制闸的闸前目标水位，并设定闸前水位阈值；确定等体积运行渠段范围的步骤：用于确定应急调控时切换至等体积运行方式的渠段范围；应急过程：同步关闭节制闸的步骤：用于应急事件发生后，第一时刻将事故段上游所有渠池的节制闸同步快速关闭；计算入流闸门流量调控目标值的步骤：用于计算各渠池在应急输水态下的入流闸门流量调控目标值；计算蓄量调控目标值的步骤：首先计算各渠池在应急输水态下独自的蓄量调整目标值，然后基于其是否属于切换至等体积运行方式的渠段范围，相应计算上下游渠池间的蓄量传输量，确定各渠池综合的蓄量调控目标值；计算回调时刻的步骤：用于计算各渠池在应急输水态下入流闸门的回调时刻；回调入流闸门流量的步骤：用于根据入流闸门流量调控目标值和回调时刻调整各渠池入流闸门的流量；监控并修正闸前水位的步骤：用于监控各渠池的闸前水位，如果其值偏离闸前水位阈值，则启动水位反馈控制，调整闸门开度至闸前水位偏离值小于阈值为止。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术通过评定事故段上游各渠池应急调控时采用等体积运行的可行性，在部分渠池引入等体积运行方式，实施同一渠道等体积与闸前常水位运行方式串接运行的闸门群调控方法，实现渠道由正常输水态向应急输水态安全、高效切换。本专利技术可快速降低渠道流量并消减蓄积的水量，快速达到新的水量平衡和蓄量平衡，实现正常输水态到应急输水态的过渡；不影响事故段上游沿线各分水口的正常供水，维持了原分水流量计划不变；还可以避免应急过渡过程中蓄量的反复充泄，提高了调控效率，降低了运行成本。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术的实施例所述方法的硬件系统原理示意图；图2是本专利技术的实施例的举例说明中的事故段上游的三个渠池的符号说明图；图3是本专利技术的实施例的举例说明中的事故段上游的三个渠池的流量过程曲线。具体实施方式实施例：本实施例是一种长距离输水明渠事故段上游应急响应闸门群控制方法，所述的方法使用的系统包括：一条带有水位反馈控制系统的自流型输水明渠，所述的自流型输水明渠被多个节制闸1分隔成多个串联的渠池2，所述的渠池内设有分水口3，如图1所示，其中Yu为闸前水位，Yd为闸后水位。所述的水位反馈控制系统是由电脑和通讯网络，以及传感器和软件组成的系统，用于渠道在正常输水时，对渠道输水过程进行自动化控制的系统。水位反馈控制系统所使用的电子控制装置和传感器包括：各个节制闸的闸门启闭机构4与各自的闸门控制单元5连接，各个闸门的控制单元通过通讯网络6相互连接并传递传感器信息，各个闸门控制单元与各自的闸前水位传感器7、闸后水位传感器8、闸门开度传感器，分水口流量传感器9连接。在渠道正常输水的过程中，水位反馈控制系统也正常的运行。在渠道中出现险情或发生故障时，水位反馈控制系统将被关闭，而根据本实施例所述方法所构成的软件系统，在应急过程中将启动，接管水位反馈控制系统的硬件部分，替代水位反馈控制系统的软件部分对渠道进行控制，排除险情。本实施例包括两个过程：准备过程和应急过程。所述的准备过程是在出现险情之前，预先做好对整个渠道状况的调查和准备工作，避免一旦遇到险情而出现情况不明和数据不清的混乱局面。所述方法的步骤如下：一、准备过程包括：（1）评定等体积运行可行性的步骤：用于评定各渠池应急调控时采用等体积运行的可行性，计算各渠池下游端节制闸的闸前目标水位，并设定闸前水位阈值。以各渠池的设计输水流量和下游端节制闸的闸前目标水位为计算条件，采用明渠恒定非均匀流水面线计算程序计算各渠池蓄量。以零流量为应急调控等体积运行可行性评定的最不利工况，以设计输水流量下各渠池蓄量为计算条件，采用反算法，计算各渠池下游端节制闸的闸前目标水位。如果该水位低于设定的安全水位（如预警水位），则判定该渠池为应急调控时可采用等体积运行的渠池。（2）确定等体积运行渠段范围的步骤：用于确定应急调控时切换至等体积运行方式的渠段范围。从渠首向下游方向逐渠池判定，从第一个不具备应急调控时等体积运行可行性的渠池开始，其上游（不包含该渠池）定为应急调控时切换至等体积运行方式的渠段，其下游（含该渠池）定为应急调控时仍采用闸前常水位运行方式的渠段。二、应急过程：（3）同步关闭节制闸的步骤：用于应急事件发生后，第一时刻将事故段上游所有渠池的节制闸同步快速关闭。如渠道内水位上涨超过预警水位，开启退水闸，直至水位回落至设计水位。（4）计算入流闸门流量调控目标值的步骤：用于计算各渠池在应急输水态下的入流闸门流量调控目标值。根据渠池入流出流平衡关系，自事故段上游相邻渠池开始，向上游方向逐渠池累加沿线各分水口分水流量，作为该渠池入流闸门应急输水态的目标调控流量。（5）计算蓄量调控目标值的步骤：先计算各渠池在应急输水态下独自的蓄量调整目标值，再考虑上下游渠池间的蓄量传输量，计算各渠池综合的蓄量调控目标值。1）计算各渠池在应急输水态下独自的蓄量调控目标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长距离输水明渠事故段上游应急响应闸门群控制方法，所述的方法使用的系统包括：一条带有水位反馈控制系统的自流型输水明渠，所述的自流型输水明渠被多个节制闸分隔成多个串联的渠池，所述的渠池内设有分水口；其特征在于：所述方法包括两个过程：准备过程和应急过程；所述方法的步骤如下：准备过程包括：评定等体积运行可行性的步骤：用于评定各渠池应急调控时采用等体积运行的可行性，计算各渠池下游端节制闸的闸前目标水位，并设定闸前水位阈值；确定等体积运行渠段范围的步骤：用于确定应急调控时切换至等体积运行方式的渠段范围；应急过程：同步关闭节制闸的步骤：用于应急事件发生后，第一时刻将事故段上游所有渠池的节制闸同步快速关闭；计算入流闸门流量调控目标值的步骤：用于计算各渠池在应急输水态下的入流闸门流量调控目标值；计算蓄量调控目标值的步骤：首先计算各渠池在应急输水态下独自的蓄量调整目标值，然后基于其是否属于切换至等体积运行方式的渠段范围，相应计算上下游渠池间的蓄量传输量，确定各渠池综合的蓄量调控目标值；计算回调时刻的步骤：用于计算各渠池在应急输水态下入流闸门的回调时刻；回调入流闸门流量的步骤：用于根据入流闸门流量调控目标值和回调时刻调整各渠池入流闸门的流量；监控并修正闸前水位的步骤：用于监控各渠池的闸前水位，如果其值偏离闸前水位阈值，则启动水位反馈控制，调整闸门开度至闸前水位偏离值小于阈值为止。...

【技术特征摘要】
1.一种长距离输水明渠事故段上游应急响应闸门群控制方法，所述的方法使用的系统包括：一条带有水位反馈控制系统的自流型输水明渠，所述的自流型输水明渠被多个节制闸分隔成多个串联的渠池，所述的渠池内设有分水口；其特征在于：所述方法包括两个过程：准备过程和应急过程；所述方法的步骤如下：准备过程包括：评定等体积运行可行性的步骤：用于评定各渠池应急调控时采用等体积运行的可行性，计算各渠池下游端节制闸的闸前目标水位，并设定闸前水位阈值；确定等体积运行渠段范围的步骤：用于确定应急调控时切换至等体积运行方式的渠段范围；应急过程：同步关闭节制闸的步骤：用于应急事件发生后，第一时刻将事故段上游所有渠池的节制闸...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔巍，穆祥鹏，陈文学，陈兴茹，许凤冉，万毅，姚雄，高青峰，黄会勇，杨星，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11