【技术实现步骤摘要】
一种基于观测数据的灌区输配水系统建模方法
[0001]本专利技术涉及输配水系统建模与水资源管理
，更具体的说是涉及一种基于观测数据的灌区输配水系统建模方法。
技术介绍
[0002]在世界范围内，每年水资源利用总量的69％被用于农业灌溉，而在干旱地区这一比例则更高，如我国的宁夏回族自治区，2020年农业用水占比达到了84％。明渠输水仍是我国灌区输配水资源的最主要方式，灌溉渠系自动化控制技术可以有效解决传统人工控制中信息传递缓慢、优化调度困难、水量控制不精准等问题，最大限度上避免了过灌和欠灌的发生，是农业灌溉发展的重要趋势。
[0003]系统建模是自动控制的基石，建模的准确性直接影响自动控制系统的性能。由于描述明渠非恒定流的圣维南方程组为非线性偏微分方程组，数学上并无解析解，实际控制中主要采用一定程度上线性化的策略。Schuurmans(1995)提出的积分时滞模型(Integrator Delay Model，IDM)是基于圣维南方程线性化的近似模型，该模型以设计工况下的稳定水流状态作为方程的一个特殊解，将原圣维...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于观测数据的灌区输配水系统建模方法，其特征在于，包括以下步骤：获取各个渠池的回水区长度和各个渠段的动力波速的初始数值，作为初始参数；修正渠道伪均匀流区的流量传递过程，建立初始参数下的系统模型；对所述系统模型的隐含参数回水区长度和动力波速进行在线寻优，获取优化后的系统模型；建立依据观测数据在线优化的离散型状态方程形式的灌区输配水系统模型。2.根据权利要求1所述的一种基于观测数据的灌区输配水系统建模方法，其特征在于，所述获取各个渠池的回水区长度和各个渠段的动力波速的初始数值，具体包括以下步骤：获取灌区输配水系统的物理参数集，具体为：根据渠系中有n个调控节制闸，形成n个渠池单元；获取的物理参数集包括：所有调控节制闸、取水闸的桩号位置，每个渠池的长度L
i
、底坡D
i
、糙率C
i
，渠道各横断面的形状参数，设计工况下的渠道运行流量Q
si
、调控节制闸的闸前水位目标H
si
；计算回水区长度，并将渠池进行分段，具体为：对于第i个渠池，给定水深h，根据断面形状，确定过流面积A和水力半径R，计算对应的流量Q，调整水深h的取值，直至计算得到的流量Q与所述渠道运行流量Q
si
相等，此时的水深h即为渠道运行流量Q
si
下的正常水深H
ni
，流量Q的计算公式如下：，流量Q的计算公式如下：式中：A为过流面积，m2；R为水力半径，等于过流面积与湿周之比，m；C
i
为第i个渠池的糙率；D
i
为第i个渠池的底坡；x为谢才系数中的指数参数；第i个渠池的回水区长度L
bi
的计算公式如下：计算各个渠段的动力波速，第i个渠池中第j个渠段的动力波速V
i,j
的计算公式如下：V
i,j
＝c
i,j
+v
i,j
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)；(4)；其中，c
i,j
为第i个渠池中第j个渠段的动力波在静水中的速度，m/s；v
i,j
为第i个渠池中第j个渠段的水流速度，m/s；g为重力加速度，m/s2；A
i,j
为第i个渠池中第j个渠段的过流面积，m2；B
i,j
为第i个渠池中第j个渠段的水面宽，m；R
i,j
为第i个渠池中第j个渠段的水力半径，m；x同式(2)；C
i,j
为第i个渠池中第j个渠段的糙率；D
i,j
为第i个渠池中第j个渠段的底坡。3.根据权利要求1所述的一种基于观测数据的灌区输配水系统建模方法，其特征在于，修正渠道伪均匀流区的流量传递过程，具体为：
将第i个渠池中第j个渠段的蓄水量S
i,j
的变化等效为该渠段内取水闸取水流量的变化，考虑该过程后的取水流量修正值计算如下：变化，考虑该过程后的取水流量修正值计算如下：其中，ΔS
i,j
为第i个渠池中第j个渠段的蓄水量变化值；Δt为离散化的时间步长，由灌区实时监测设备进行测量的频率决定；为第i个渠池中第j个渠段的蓄水面积，m2；Δh
i,j
为第i个渠池中第j个渠段的水深变化值，由观测数据获得。4.根据权利要求2所述的一种基于观测数据的灌区输配水系统建模方法，其特征在于，建立初始参数下的系统模型，即以回水区长度和动力波速为初始参数，建立状态空间方程形式的系统模型，具体包括以下步骤：确定输配水系统过程控制的对象为第i个渠池下游的调控节制闸闸前水位H
i
与设定水位目标的差值y
i
＝H
i
‑
H
si
，则回水区的水...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘晋龙，王忠静，杨志刚，朱现坡，张腾，王瑶，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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