保障河口供水安全的水利工程智能调控系统及调控方法技术方案

本发明专利技术的一种保障河口供水安全的水利工程智能调控系统及调控方法，该系统包括环境要素原位监测模块、环境要素信息管控模块、上游远程调控模块和下游局地智能应急模块：环境要素原位监测模块用于实时监测上游水库和下游河口关键位置的水文、水动力、水环境要素；环境要素信息管控模块用于管控不同来源和不同类别的水文、水动力、水质要素信息；上游远程调控模块用于在河口供水安全敏感期内，对上游水库实施远距离精准优化调度，以提高下游河口供水整体安全；下游局地智能应急模块则针对上游远程调控模块的实施效果情况，可通过智能化响应在下游局地处实施针对性应急措施，确保河口重点保护水域的供水安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及供水安全
，特别涉及一种保障河口供水安全的水利工程智能调控系统及调控方法。
技术介绍
河口是联系河流和海洋的纽带，往往地理条件优越，地区经济发达，人口众多。供水安全是地区经济社会可持续发展的重要保障，也与人民群众日常生活密切相关。盐水入侵是沿海河口常见的水文现象与动力过程之一：在径流和潮汐动力共同作用下，上游河流来水与口外高盐度海水产生不同程度的混合；当口外海水比河流水位高时，海水会向河流倒灌，并不断向上游扩展。尤其在河流枯水季节，盐水上溯距离较远，沿岸取水口处水体含氯度过高，对河口地区的供水安全产生巨大影响。如2014年2月，长江口遭遇了历史上持续时间最长的咸潮入侵，上海陈行水库和青草沙水库取水口氯化物浓度持续多日都超过国家地表水环境质量标准(>250mg/L)，严重影响到上海大量居民的日常用水饮用水资源。河流上游控制性水库强烈影响流域水资源分布以及河口来水条件，并改变盐水上溯规律。目前一般认为，上游水库工程调节对河口供水保证率的影响具有两面性，有利的一面表现在：枯季下泄流量增加，盐水上溯距离缩减，氯化物峰值削减，河口地区最长连续不宜取水天数有所减少，供水保证率将相应增加；不利的一面在于：由于汛末水库大规模蓄水，河口来水量显著减小，为盐水上溯创造有利条件，沿岸取水口处水体含氯度较以往提前处于较高水平，降低了该时段的供水保证率。值得注意的是，合理优化调控水库的运行方式，可使上游水库带来的有利影响放大而不利影响缩小成为可能。如《三峡工程对改善长江口咸潮入侵情势的分析》一文，对如何进一步增大三峡工程抗御盐水上溯进行了初步探讨，建议水库提前蓄水并在最枯月份增大下泄水量；《基于数字流域模型的珠江补淡压咸水库调度研究》一文与申请号为201310075605.2的专利技术专利《水库、闸泵群联合抑咸调度方法》，均探讨了以珠江流域数字模型为基础、以流域内关键控制节点最小抑咸流量为限制条件的珠江流域内主要水利工程的优化调控方式，然而前者仅涉及流域内主要水库的调控方案研究并未将河口非控制性水利工程纳入考虑范畴，后者则不适用于有通航需求的河口。需要指出的是，已有技术方案或模式论述并未提供切实可行的具体实施方案。基于以上所述，从通过对上下游水利工程联合调控以保障河口地区供水安全的角度出发，需进一步开展和完善相关方法和准则，提出一种可操作性、实用性强的上下游水利工程联合智能调控系统和方法以保障河口地区供水安全。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术的不足，提供一种保障河口供水安全的水利工程智能调控系统及调控方法，在充分掌握并利用河口盐水上溯时空规律的前提下，实现大尺度的流域水资源优化配置与小尺度的河道过流特性改善，缩减盐水上溯距离，削减氯化物峰值，缩短连续不适宜取水天数，高效精准地保障河口供水安全。技术方案：为了实现上述专利技术目的，本专利技术的保障河口供水安全的水利工程智能调控系统，包括环境要素原位监测模块、环境要素信息管控模块、上游远程调控模块和下游局地智能应急模块；所述的环境要素原位监测模块由水库运行监测单元、流域降雨监测单元、河口水质监测单元和运行通信单元组成，用于实时监测上游水库和下游河口关键位置的水文、水动力、水环境要素；其中的水库运行监测单元包括安置在水库厂房和大坝上下游断面的多参数设备用于获取水库坝前、坝后水位和出入库流量；其中的流域降雨监测单元通过流域内设置的雨量站获取流域内的降雨量分布；其中的河口水质监测单元包括安置于河口固定监测断面、水源地取水口和丁坝附近重点监测断面的多参数设备，用于获取河口地区实时潮位和氯化物浓度信息；其中的运行通信单元包括无线通讯器、临时存储器和电源，各个监测单元采集的数据信息暂存于临时存储器中，通过无线通讯器提供的2G/3G/4G蜂窝移动网络与环境要素信息管控模块、上游远程调控模块和下游局地智能应急模块进行信息交互；所述的环境要素信息管控模块由数据预处理单元和监测数据库单元组成，用于管控不同来源和不同类别的水文、水动力、水质要素信息；其中的数据预处理单元对环境要素原位监测模块上传的监测信息进行分类和预处理并存储至监测数据库单元，同时执行上游远程调控模块和下游局地智能应急模块的数据需求，从监测数据库单元调用所请求数据并交付；其中的监测数据库单元用于存储环境要素原位监测模块的数据信息，并接受数据预处理单元的数据调用请求；所述的上游远程调控模块由响应时间计算单元、蓄水期调度单元、消落期前期调度单元和消落期后期调度单元组成，用于在水库调度敏感时段内实施针对性精准优化调度；其中的响应时间计算单元采用水动力模型计算出河口地区对水库不同下泄流量的响应时间；其中的蓄水期调度单元通过分析环境要素信息管控模块存储的汛末洪水过程以及河口潮位数据信息进行蓄水期优化调度；其中的消落期前期调度单元通过分析环境要素信息管控模块存储的流域降雨情况以及河口潮位数据信息进行消落期前期调度，包括以大幅连续补水、以天然来水且不低于保证出力下泄和类正弦波式补水为特点的调度模式；其中的消落期后期调度单元通过分析环境要素信息管控模块存储的流域降雨情况以及河口潮位数据信息进行消落期后期调度，包括以小幅连续补水、以天然来水且不低于保证出力下泄和矩形波式补水为特点的调度模式；所述的下游局地智能应急模块由应急调度激活单元和丁坝调度单元组成，根据上游远程调控模块实施后的河口供水安全保障情况，实施智能化应急辅助调控；其中的应急调度激活单元在调用环境要素信息管控模块存储的河口水质信息后，根据氯化物浓度是否超标决定是否开展丁坝调度；其中的丁坝调度单元在接收应急调度激活单元的激活指令后进行丁坝调度。进一步地，所述第一多参数设备包括水位计和流量计，水位计和流量计均匀分布在水库坝前和坝后，用于获取水库坝前、坝后水位和出入库流量；所述流域降雨监测单元(12)由流域内分布的多个遥测雨量站以及人工观测雨量站组成，收集降雨数据；所述第二多参数设备包括潮位计和盐度计，潮位计和盐度计安置于河口固定监测断面、水源地取水口和丁坝附近重点监测断面的用于获取河口地区实时潮位和氯化物浓度信息；其中固定监测断面沿程布置且断面间距不超过30km，水源地取水口和丁坝附近的重点监测断面间距不超过10km。进一步地，其中的运行通信单元包括无线通讯器、临时存储器和电源，各个监测单元采集的数据信息暂存于临时存储器中，通过无线通讯器提供的2G(支持GSM/CDMA)、3G(支持WCDMA/TD-SCDMA/CDMA2000)和4G(支持TD-LTE)蜂窝移动网络与环境要素信息管控模块、上游远程调控模块和下游局地智能应急模块进行信息交互。进一步地，为实现前述环境要素信息管控模块，所采用的具体方案为：环境要素信息管控模块，由数据预处理单元和监测数据库单元组成；特别的，所述的数据预处理单元对环境要素原位监测模块上传的监测信息进行基本的分类和预处理并存储至监测数据库单元，同时执行上游远程调控模块和下游局地智能应急模块的数据需求，从监测数据库单元调用所需求数据并交付；所述的监测数据库单元就是用于存储环境要素原位监测模块的数据信息，并接受通信单元的数据调用请求。进一步地，为实现前述上游远程调控模块，所采用的具体方案为：所述的上游远程调控模块由响应时间计算单元、本文档来自技高网...

【技术保护点】
保障河口供水安全的水利工程智能调控系统，其特征在于：包括环境要素原位监测模块(1)、环境要素信息管控模块(2)、上游远程调控模块(3)和下游局地智能应急模块(4)；所述环境要素原位监测模块(1)包含水库运行监测单元(11)、流域降雨监测单元(12)、河口水质监测单元(13)和运行通信单元(14)，所述水库运行监测单元(11)包括安置在水库厂房和大坝上下游断面的用于获取水库坝前、坝后水位和出入库流量的第一多参数设备；所述流域降雨监测单元(12)通过流域内设置的雨量站获取流域内的降雨量分布；所述河口水质监测单元(13)包括安置于河口固定监测断面、水源地取水口和丁坝附近重点监测断面的用于获取河口地区实时潮位和氯化物浓度信息的第二多参数设备；所述运行通信单元(14)包括无线通讯器、临时存储器和分别与无线通讯器、临时存储器连接的电源，水库运行监测单元(11)、流域降雨监测单元(12)和河口水质监测单元(13)采集的数据信息均暂存于临时存储器中，临时存储器中的信息通过无线通讯器提供的2G/3G/4G蜂窝移动网络与环境要素信息管控模块(2)、上游远程调控模块(3)和下游局地智能应急模块(4)进行信息交互；所述环境要素信息管控模块(2)由数据预处理单元(21)和监测数据库单元(22)组成，所述数据预处理单元(21)对环境要素原位监测模块(1)上传的监测信息进行分类和预处理并存储至监测数据库单元(22)，同时执行上游远程调控模块(3)和下游局地智能应急模块(4)的数据需求，从监测数据库单元(22)调用所请求数据并交付；所述监测数据库单元(22)用于存储环境要素原位监测模块的数据信息，并接受数据预处理单元(21)的数据调用请求；所述上游远程调控模块(3)包含响应时间计算单元(31)、蓄水期调度单元(32)、消落期前期调度单元(33)和消落期后期调度单元(34)，所述响应时间计算单元(31)采用水动力模型计算河口地区对水库不同下泄流量的响应时间；所述蓄水期调度单元(32)通过分析环境要素信息管控模块(2)存储的汛末洪水过程以及河口潮位数据信息并根据响应时间计算单元(31)计算不同下泄流量的响应时间进行蓄水期调度；所述消落期前期调度单元(33)通过分析环境要素信息管控模块(2)存储的流域降雨情况以及河口潮位数据信息并根据响应时间计算单元(31)计算不同下泄流量的响应时间进行消落期前期调度；所述消落期后期调度单元(34)通过分析环境要素信息管控模块(2)存储的流域降雨情况以及河口潮位数据信息并根据响应时间计算单元(31)计算不同下泄流量的响应时间进行消落期后期调度；所述下游局地智能应急模块(4)包含应急调度激活单元(41)和丁坝调度单元(42)，所述应急调度激活单元(41)在调用环境要素信息管控模块(2)存储的河口水质信息后，当氯化物浓度超标启动开展丁坝调度单元(42)实施丁坝调度；所述丁坝调度单元(42)在接收应急调度激活单元(41)的激活指令后进行丁坝调度。...

【技术特征摘要】
1.保障河口供水安全的水利工程智能调控系统，其特征在于：包括环境要素原位监测模块(1)、环境要素信息管控模块(2)、上游远程调控模块(3)和下游局地智能应急模块(4)；所述环境要素原位监测模块(1)包含水库运行监测单元(11)、流域降雨监测单元(12)、河口水质监测单元(13)和运行通信单元(14)，所述水库运行监测单元(11)包括安置在水库厂房和大坝上下游断面的用于获取水库坝前、坝后水位和出入库流量的第一多参数设备；所述流域降雨监测单元(12)通过流域内设置的雨量站获取流域内的降雨量分布；所述河口水质监测单元(13)包括安置于河口固定监测断面、水源地取水口和丁坝附近重点监测断面的用于获取河口地区实时潮位和氯化物浓度信息的第二多参数设备；所述运行通信单元(14)包括无线通讯器、临时存储器和分别与无线通讯器、临时存储器连接的电源，水库运行监测单元(11)、流域降雨监测单元(12)和河口水质监测单元(13)采集的数据信息均暂存于临时存储器中，临时存储器中的信息通过无线通讯器提供的2G/3G/4G蜂窝移动网络与环境要素信息管控模块(2)、上游远程调控模块(3)和下游局地智能应急模块(4)进行信息交互；所述环境要素信息管控模块(2)由数据预处理单元(21)和监测数据库单元(22)组成，所述数据预处理单元(21)对环境要素原位监测模块(1)上传的监测信息进行分类和预处理并存储至监测数据库单元(22)，同时执行上游远程调控模块(3)和下游局地智能应急模块(4)的数据需求，从监测数据库单元(22)调用所请求数据并交付；所述监测数据库单元(22)用于存储环境要素原位监测模块的数据信息，并接受数据预处理单元(21)的数据调用请求；所述上游远程调控模块(3)包含响应时间计算单元(31)、蓄水期调度单元(32)、消落期前期调度单元(33)和消落期后期调度单元(34)，所述响应时间计算单元(31)采用水动力模型计算河口地区对水库不同下泄流量的响应时间；所述蓄水期调度单元(32)通过分析环境要素信息管控模块(2)存储的汛末洪水过程以及河口潮位数据信息并根据响应时间计算单元(31)计算不同下泄流量的响应时间进行蓄水期调度；所述消落期前期调度单元(33)通过分析环境要素信息管控模块(2)存储的流域降雨情况以及河口潮位数据信息并根据响应时间计算单元(31)计算不同下泄流量的响应时间进行消落期前期调度；所述消落期后期调度单元(34)通过分析环境要素信息管控模块(2)存储的流域降雨情况以及河口潮位数据信息并根据响应时间计算单元(31)计算不同下泄流量的响应时间进行消落期后期调度；所述下游局地智能应急模块(4)包含应急调度激活单元(41)和丁坝调度单元(42)，所述应急调度激活单元(41)在调用环境要素信息管控模块(2)存储的河口水质信息后，当氯化物浓度超标启动开展丁坝调度单元(42)实施丁坝调度；所述丁坝调度单元(42)在接收应急调度激活单元(41)的激活指令后进行丁坝调度。2.根据权利要求1所述保障河口供水安全的水利工程智能调控系统，其特征在于：所述第一多参数设备包括水位计和流量计，水位计和流量计均匀分布在水库坝前和坝后，用于获取水库坝前、坝后水位和出入库流量；所述流域降雨监测单元(12)由流域内分布用于收集降雨数据的多个遥测雨量站以及人工观测雨量站组成；所述第二多参数设备包括潮位计和盐度计，潮位计和盐度计，安置于河口固定监测断面、水源地取水口和丁坝附近重点监测断面，用于获取河口地区实时潮位和氯化物浓度信息。3.根据权利要求1所述保障河口供水安全的水利工程智能调控系统，其特征在于：所述蓄水期调度单元(32)通过分析环境要素信息管控模块(2)存储的汛末洪水过程以及河口潮位数据信息进行蓄水期优化调度，在保证达到蓄水要求的前提下选择合适的时机蓄泄水；所述消落期前期调度单元(33)通过分析环境要素信息管控模块(2)存储的流域降雨情况以及河口潮位活动数据信息选用相应调度模式进行消落期前期调度，调度模式包含大幅连续补水、以天然来水且不低于保证出力下泄和类正弦波式补水；所述消落期后期调度单元(34)通过分析环境要素信息管控模块(2)存储的流域降雨情况以及河口潮位数据信息选用相应调度模式进行消落期后期调度，该调度模式包括小幅连续补水、以天然来水且不低于保证出力下泄和矩形波式补水。4.根据权利要求1所述保障河口供水安全的水利工程智能调控系统，其特征在于：所述下游局地智能应急模块(4)根据上游远程调控模块(3)实施后的河口供水安全保障情况，实施智能化应急辅助调控，调用环境要素信息管控模块(2)存储的河口水质监测信息，在水库消落期内，消落期为每次小潮前最下游丁坝处氯化物浓度首次超标之日至相邻大潮后最下游丁坝处首次出现氯化物浓度全天达标之日，应急调度激活单元(41)向丁坝调度单元(42)发送激活指令，丁坝调度单元(42)进行丁坝调度，调度方式为：调度期内河口每天涨潮期间保持丁坝正常高度运行，落潮期间保持塌坝运行；非调度期丁坝塌坝运行。5.利用权利要求1至4任一项所述保障河口供水安全的水利工程智能调控系统的调控方法，包括以下步骤：(一)环境要素原位监测模块(1)监测系统所需的上游水库和下游河口关键位置的水文、...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴会超，毛劲乔，胡腾飞，曹栋华，陈韦钰，吴先明，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32