基于闸泵联合调控的梯级泵站明渠调水工程充水方法技术

本发明专利技术公开了一种基于闸泵联合调控的梯级泵站明渠调水工程充水方法，涉及调水工程充水技术领域。该充水方法，采用闸泵联合调控技术，使水泵快速达到启动条件，实现了工程的快速充水，同时减少了充水时间和充水阶段水量损失，提高了充水效率；同时，通过从水资源充沛的水源地取水，充水效率得到了显著提高，减少了系统的水资源浪费和水量损失；另外，通过舌瓣闸调控，降低了充水过程的渠道水面线，保证了渠道充水的安全。

Water filling method for cascade pumping station open channel water diversion project based on combined control of gate and pump

The invention discloses a water filling method for an open channel water transfer project of a cascade pump station based on joint regulation of a gate and a pump, and relates to the water filling technical field of a water transfer project. The method of filling water, which uses gate-pump joint control technology, makes the pump reach the start-up condition quickly, realizes the rapid filling of water in the project, reduces the filling time and water loss in the filling stage, and improves the filling efficiency; at the same time, by taking water from the water source with abundant water resources, the filling efficiency has been significantly improved and reduced. The system wastes water resources and water loss; in addition, the tongue valve gate control reduces the water surface line of the canal during the water filling process to ensure the safety of the canal water filling.

【技术实现步骤摘要】
基于闸泵联合调控的梯级泵站明渠调水工程充水方法
本专利技术涉及调水工程充水
，尤其涉及一种基于闸泵联合调控的梯级泵站明渠调水工程充水方法。
技术介绍
以多个输水渠池衔接的梯级泵站调水工程是大中型输水系统中的常见布置形式。该类工程在首次运行和检修后恢复通水工况下，均需要进行渠道的充水调度。充水模式直接决定着工程的充水效率，并进一步影响着工程的通水时间和充水过程的水量损失程度。目前，充水模式往往利用天然落差，以受水区水库为充水水源，全线自流为渠道充水。该模式只有在渠道入口泵站的站后水位达到水泵机组的最小淹没条件时才能进行下一渠池的充水，导致水流流程长、充水效率低、蒸发渗漏量大。另外，渠道充水结束后，充水水体还需要通过梯级泵站再提升至充水水库，增加了能源消耗和运行费用。因此，需要研究梯级泵站明渠调水工程的快速充水模式，以提高系统充水过程的效率，减少水量损失，降低运行能耗和费用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于闸泵联合调控的梯级泵站明渠调水工程充水方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于闸泵联合调控的梯级泵站明渠调水工程充水方法，所述调水工程包括N个泵站和N-1个渠池，所述充水方法包括如下步骤：S1，利用技术排水泵为各泵站站后舌瓣闸与出口之间的出水池充水，使出水池的水位满足泵站淹没启泵条件；S2，构建渠道恒定流计算模型，并分别计算调水工程各渠池在设计充水流量下的最低控制水面线和断面水深；S3，构建渠道水体体积计算模型，并分别计算各渠池在最低控制水面线下的水体体积Vi(i＝1,2,…,N-2,N-1)；S4，确定梯级泵站调水工程各渠池充水量Ci、渠池充水时间ti、累计充水水量Csys、累计充水时间Tsys；S5，利用泵站水泵机组按设计充水流量Qi依次为各渠池充水，使系统达到通水条件。优选地，S1包括如下步骤：S101，在第k级泵站机组启动前，将泵站后舌瓣闸调整至完全起立状态，舌瓣闸完全起立时门顶高程与出水池最低运行水位齐平，其中，k＝1,2,3,…,N；S102，充分发挥泵站后舌瓣闸的挡水作用，利用技术排水泵将舌瓣闸与泵站出口间的出水池充水至优选地，S2包括如下步骤：S201，构建渠道的恒定流计算模型；S202，在所述恒定流计算模型中，将St.Venant方程中各水力要素对时间的偏导项取零，得到仅含空间项的微分方程组，如下公式：式中：Q为渠道输水流量，m3/s；x为断面的距离坐标，m；q为单位长度渠段上的分水流量，m3/s，如果全线流量匹配，则取q＝0；u为断面平均流速，m/s；Z为水位，m；c为谢才系数，m0.5/s；R为水力半径，m；g为重力加速度，m/s2；A为过水面积，m2；S203，选取内部构筑物相容方程，并与S202中得到的微分方程组进行耦合，得到耦合方程组；S204，采用Preissmann格式对方程组进行离散，并采用双扫描法进行求解，得到渠池最低控制水面线；S205，根据渠池最低控制水面线与断面渠底高程计算得到断面水深。优选地，S205具体为：对第i个渠池(第k和k+1级泵站间的渠道)，取第k级泵站设计充水流量为上游边界，第k+1级泵站进水侧最低运行水位为下游边界，采用双扫描法进行求解得到第i个渠池的最低控制水面线Zi(s)；根据渠池最低控制水面线Zi(s)与渠池各断面渠底高程利用如下公式，计算得到各断面水深hi(s)：式中：s表示断面位置；i＝1,2,…,N-2,N-1，k＝1,2,3,…,N。优选地，S3包括如下步骤：S301，将渠池分成若干个水体体积计算单元；S302，计算每个计算单元的水体体积，所述计算单元为棱柱形渠槽、非棱柱形渠槽和/或管涵中的一种或几种，其中，非棱柱形渠槽的水体体积按照如下公式计算：式中：Vn表示非棱柱形渠槽单元的水体体积，B1、B2分别表示非棱柱形渠槽进出口过水断面底宽；h1、h2表示非棱柱形渠槽进出口断面水深；L表示该计算单元长度；m表示渠槽边坡系数；棱柱形渠槽的水体体积按照如下公式计算：式中：Vc表示棱柱形渠槽单元的水体体积；B表示棱柱形渠槽过水断面底宽；管涵单元水体体积：Vs＝As×L式中：Vs表示管涵单元水体体积；As为管涵单元过水断面面积；L为该计算单元长度；S303，将所有计算单元的水体体积求和得到渠池的水体体积。优选地，S4采用自下游至上游的顺序，依次计算各渠池的充水量和充水时间，再计算累计充水量和累计充水时间，具体包括如下步骤：S401，计算第N-1个渠池的充水时间tN-1和充水量CN-1；S402，计算第N-2个渠池至第1个渠池的充水时间(tN-2,tN-3,…,t2,t1)和充水量(CN-2,CN-3,…,C2,C1)；S403，按照如下公式计算累计充水水量Csys：S404，按照如下公式计算累计充水时间Tsys：优选地，S401包括如下步骤：S4011，构建第N-1个渠池(最末端渠池)的充水阶段水量损失WN-1，充水量CN-1和充水时间tN-1的计算公式：WN-1＝qN-1×tN-1CN-1＝VN-1+WN-1tN-1＝CN-1/QN-1式中，VN-1为第N-1个渠池(最末端渠池)的水体体积，qN-1为第N-1个渠池平均水量损失强度，QN-1为第N-1个渠池设计充水流量；S4012，联立上述三个公式，计算得到第N-1个渠池的充水时间tN-1和充水量CN-1。优选地，S402包括如下步骤：S4021，构建第i个渠池的充水阶段水量损失Wi，充水量Ci和充水时间ti的计算公式：Ci＝Vi+Witi＝Ci/Qi式中，j＝i,i+1,…,N-2,N-1，Vi为第i个渠池的水体体积，qi为第i个渠池的平均水量损失强度，Qi为第i个渠池的设计充水流量，tj为第j个渠池的充水时间；S4022，联立上述三个公式，计算得到第i个渠池的充水时间ti和充水量Ci。优选地，S5具体为，在第k级泵站出水渠道满足启泵条件后，开启第k级泵站水泵机组，按设计充水流量Qi和计算得到的充水时间ti为第i个渠池充水，待第k+1级泵站进水池水位达到最低运行水位时，开启第k+1级泵站水泵机组，为第i+1个渠池充水，如此，从水源地至受水区，依次为各渠池(i＝1,2,3,…,N-1)充水，使系统达到通水条件。本专利技术的有益效果是：本专利技术实施例提供的基于闸泵联合调控的梯级泵站明渠调水工程充水方法，采用闸泵联合调控技术，使水泵快速达到启动条件，实现了工程的快速充水，同时减少了充水时间和充水阶段水量损失，提高了充水效率；同时，通过从水资源充沛的水源地取水，充水效率得到了显著提高，减少了系统的水资源浪费和水量损失；另外，通过舌瓣闸调控，降低了充水过程的渠道水面线，保证了渠道充水的安全。附图说明图1是专利技术提供的充水方法流程示意图；图2是泵站工程布置图；图3是非棱柱形渠槽的平面结构示意图；图4是非棱柱形渠槽的纵断面结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，本专利技术实施例提供了一种基于闸泵联合调控的梯级泵站明渠调水工程充水方法，所述调水工程包括N个泵站和N-1个渠池，所述充水方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于闸泵联合调控的梯级泵站明渠调水工程充水方法，其特征在于，所述调水工程包括N个泵站和N‑1个渠池，所述充水方法包括如下步骤：S1，利用技术排水泵为各泵站站后舌瓣闸与出口之间的出水池充水，使出水池的水位满足泵站淹没启泵条件；S2，构建渠道恒定流计算模型，并分别计算调水工程各渠池在设计充水流量下的最低控制水面线和断面水深；S3，构建渠道水体体积计算模型，并分别计算各渠池在最低控制水面线下的水体体积Vi(i＝1,2,…,N‑2,N‑1)；S4，确定梯级泵站调水工程各渠池充水量Ci、渠池充水时间ti、累计充水水量Csys、累计充水时间Tsys；S5，利用泵站水泵机组按设计充水流量Qi依次为各渠池充水，使系统达到通水条件。

【技术特征摘要】
1.一种基于闸泵联合调控的梯级泵站明渠调水工程充水方法，其特征在于，所述调水工程包括N个泵站和N-1个渠池，所述充水方法包括如下步骤：S1，利用技术排水泵为各泵站站后舌瓣闸与出口之间的出水池充水，使出水池的水位满足泵站淹没启泵条件；S2，构建渠道恒定流计算模型，并分别计算调水工程各渠池在设计充水流量下的最低控制水面线和断面水深；S3，构建渠道水体体积计算模型，并分别计算各渠池在最低控制水面线下的水体体积Vi(i＝1,2,…,N-2,N-1)；S4，确定梯级泵站调水工程各渠池充水量Ci、渠池充水时间ti、累计充水水量Csys、累计充水时间Tsys；S5，利用泵站水泵机组按设计充水流量Qi依次为各渠池充水，使系统达到通水条件。2.如权利要求1所述的基于闸泵联合调控的梯级泵站明渠调水工程充水方法，其特征在于，S1包括如下步骤：S101，在第k级泵站机组启动前，将泵站后舌瓣闸调整至完全起立状态，舌瓣闸完全起立时门顶高程与出水池最低运行水位齐平，其中，k＝1,2,3,…,N；S102，充分发挥泵站后舌瓣闸的挡水作用，利用技术排水泵将舌瓣闸与泵站出口间的出水池充水至3.如权利要求1所述的基于闸泵联合调控的梯级泵站明渠调水工程充水方法，其特征在于，S2包括如下步骤：S201，构建渠道的恒定流计算模型；S202，在所述恒定流计算模型中，将St.Venant方程中各水力要素对时间的偏导项取零，得到仅含空间项的微分方程组，如下公式：式中：Q为渠道输水流量，m3/s；x为断面的距离坐标，m；q为单位长度渠段上的分水流量，m3/s，如果全线流量匹配，则取q＝0；u为断面平均流速，m/s；Z为水位，m；c为谢才系数，m0.5/s；R为水力半径，m；g为重力加速度，m/s2；A为过水面积，m2；S203，选取内部构筑物相容方程，并与S202中得到的微分方程组进行耦合，得到耦合方程组；S204，采用Preissmann格式对方程组进行离散，并采用双扫描法进行求解，得到渠池最低控制水面线；S205，根据渠池最低控制水面线与断面渠底高程计算得到断面水深。4.如权利要求3所述的基于闸泵联合调控的梯级泵站明渠调水工程充水方法，其特征在于，S205具体为：对第i个渠池(第k和k+1级泵站间的渠道)，取第k级泵站设计充水流量为上游边界，第k+1级泵站进水侧最低运行水位为下游边界，采用双扫描法进行求解得到第i个渠池的最低控制水面线Zi(s)；根据渠池最低控制水面线Zi(s)与渠池各断面渠底高程利用如下公式，计算得到各断面水深hi(s)：式中：s表示断面位置；i＝1,2,…,N-2,N-1，k＝1,2,3,…,N。5.如权利要求1所述的基于闸泵联合调控的梯级泵站明渠调水工程充水方法，其特征在于，S3包括如下步骤：S301，将渠池分成若干个水体体积计算单元；S302，计算每个计算单元的水体体积，所述计算单元为棱柱形渠槽、非...

【专利技术属性】
技术研发人员：田雨，张召，雷晓辉，周文军，穆鹏，郑艳侠，常文娟，王超，甘治国，张云辉，
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