长距离输水渠道实现渠道局部水力冲刷的闸门群调控方法技术

本发明专利技术公开了一种长距离输水渠道实现渠道局部水力冲刷的闸门群调控方法，其包括划定渠道分区，计算流速调控区和调蓄区每个闸门的目标流量；基于渠道的一维非恒定流仿真模型，计算充水阶段中流量增大阶段的时长和流量减小阶段的时长；确定充水阶段流速调控区的充水水流调控方案，将充水水流调控方案输入一维非恒定流仿真模型，根据输出判断每个渠池的水位峰值是否满足条件，若是满足进入下一步，否则将调蓄区的渠池向下游扩展一个，并返回目标流量计算步骤；计算泄水阶段的时长及每个闸门在泄水阶段的流量调控变化值，确定泄水阶段的泄水水流调控方案；将满足条件的充水水流调控方案和泄水水流调控方案作为闸门群调控方案。

Gate group control method for local hydraulic scour of long distance water conveyance channel

【技术实现步骤摘要】
长距离输水渠道实现渠道局部水力冲刷的闸门群调控方法
本专利技术涉及水利工程中闸门群调控方法，具体涉及一种长距离输水渠道实现渠道局部水力冲刷的闸门群调控方法。
技术介绍
渠道是长距离输水常用的工程形式，为了抬高水位，调节输水流量，每间隔一定的距离设置闸门，形成串联的渠池。如南水北调中线干渠，平均20km设置一道闸门，共60个串联的渠池。闸门群调控过程中，除了需将水位限定在安全范围内以外，还需避免水位下降过快导致的衬砌结构破坏。通常的水位降幅安全阈值为0.15m/h和0.30m/24h。渠道作为一种人工水体，常常在春、夏等时段出现藻类异常增殖的问题，增大输水阻力，污染水质。通过增大输水流量，实施水力冲刷，是一种经济环保的物理除藻方式。研究表明，当流速达到0.7m/s左右，持续时间达到2h时，水力冲刷除藻效果明显。当前常见的渠池运行方式有闸前常水位(如图1所示)、等体积(如图2所示)、控制蓄量法等。在进行渠道冲刷时主要采用闸前常水位运行方式，实施水力冲刷的调控过程主要存在两方面不足。一是参与调控的闸门数量多，波及范围广。虽然仅需要提高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.长距离输水渠道实现渠道局部水力冲刷的闸门群调控方法，其特征在于，包括：/nS1、获取待水力冲刷的水力冲刷区段、冲刷时长及最小冲刷速度，并将渠道划分为含水力冲刷区段的流速调控区，位于流速调控区下游的调蓄区及位于调蓄区下游的正常运行区；/nS2、采用最小冲刷速度和过流断面面积计算流速调控区末级闸门的目标流量，并根据流速调控区各分水口的流量，逐渠池计算流速调控区所有闸门在充水阶段的目标流量；/nS3、根据调蓄区渠池同步等量地充水原则及上一级闸门的目标流量、初始流量和分水口流量，计算调蓄区每个闸门在充水阶段的目标流量；/nS4、根据闸门的初始流量和目标流量，采用渠道的一维非恒定流仿真模型计算每个渠...

【技术特征摘要】
1.长距离输水渠道实现渠道局部水力冲刷的闸门群调控方法，其特征在于，包括：
S1、获取待水力冲刷的水力冲刷区段、冲刷时长及最小冲刷速度，并将渠道划分为含水力冲刷区段的流速调控区，位于流速调控区下游的调蓄区及位于调蓄区下游的正常运行区；
S2、采用最小冲刷速度和过流断面面积计算流速调控区末级闸门的目标流量，并根据流速调控区各分水口的流量，逐渠池计算流速调控区所有闸门在充水阶段的目标流量；
S3、根据调蓄区渠池同步等量地充水原则及上一级闸门的目标流量、初始流量和分水口流量，计算调蓄区每个闸门在充水阶段的目标流量；
S4、根据闸门的初始流量和目标流量，采用渠道的一维非恒定流仿真模型计算每个渠池的水面线，并采用所有渠池下游端水面线降幅的最大值和上游端水面线升幅的最大值及水位降幅安全阈值，计算充水阶段中流量增大阶段的时长△T增和流量减小阶段的时长△T减；
S5、基于流速调控区遵循等体积运行方式和调蓄区遵循控制蓄量运行方式，结合时长△T增、冲刷时长△T持续和时长△T减及每个闸门的初始流量和目标流量，确定充水阶段流速调控区和调蓄区的充水水流调控方案；
S6、将充水水流调控方案输入一维非恒定流仿真模型，得到每个渠池的水位变化，并判断每个渠池的水位峰值是否小于其安全限定水位，若所有渠池的水位峰值均小于，则进入步骤S7，否则将调蓄区向下游扩展一个渠池，之后返回步骤S3；
S7、采用步骤S6中仿真得到的所有渠池水位升幅中的最大值结合水位降幅安全阈值，计算泄水阶段的时长△T泄水；之后根据充水阶段每个闸门的目标流量，计算充水阶段每个渠池增加的水体体积及流速调控区和调蓄区的每个闸门在泄水阶段的流量调控变化值；
S8、基于流速调控区遵循等体积运行方式及调蓄区遵循控制蓄量运行方式，结合泄水阶段的时长△T泄水及每个闸门的初始流量及泄水阶段的流量调控变化值，确定泄水阶段的泄水水流调控方案；将步骤S6中满足条件的充水水流调控方案和泄水水流调控方案作为闸门群调控方案。


2.根据权利要求1所述的闸门群调控方法，其特征在于，所述充水水流调控方案为：
流速调控区各渠池上游端闸门的流量与下游端闸门的流量同步等幅变化，调蓄区各渠池上游端闸门的流量与下游端闸门的流量同步异幅变化；参与充水的闸门1～L-1在时长△T增内由初始流量QG0(i)线性增加至目标流量QG目标(i)，接着每个闸门以目标流量QG目标(i)持续冲刷时长△T持续后，在时长△T减时段内线性地降低至初始流量QG0(i)。


3.根据权利要求1所述的闸门群调控方法，其特征在于，所述泄水水流调控方案为：
流速调控区各渠池上游端闸门的流量与下游端闸门的流量同步等幅变化，调蓄区各渠池上游端闸门的流量与下游端闸门的流量同步异幅变化；参与泄水的闸门1～L-1的流量在时长△T泄水初始时刻降低流量调控变化值△QG泄(i)，并以降低后的流量持续时长△T泄水，并在时长△T泄水截止时刻恢复至QG0(i)。


4.根据权利要求3所述的闸门群调控方法，其特征在于，所述流量同步等幅变化为同一时间内流入渠池的流量等于流出的流量；所述同步异...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔巍，穆祥鹏，陈文学，刘爽，马曼曼，刘丰，李想，
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