[发明专利]明渠输水调度闸门延时启闭时间的前馈控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种明渠调度方法，具体涉及一种明渠输水调度闸门延时启闭时间的前馈控制方法。

背景技术

水是生命之源，是人类生存、城市运作、工业发展等等一系列文明活动中必不可少的因素。然而，我国水资源存在地区分布不均，总体上呈现南多北少，夏多冬少等情况。另外在我国西北部长期的水资源匮乏以严重影响着地区经济的发展。国家为了缓解北方的缺水，在水资源的合理分配上做出了较大的努力，修建了大量调水工程，如引黄济津、引滦入津、引滦入唐等项目。另外还有举世瞩目的南水北调工程，目前东线与中线以通水。其缓解了我国北方水资源短缺现状，促进了我国水资源的合理配置，加强了地区间的协调发展，产生了巨大的经济效益与社会效益。

然而随着大型调水工程的建成，许许多多复杂的问题也体现了出来，调水工程的运行与管理方面成为了一项调水工程是否成功的制约因素。由于其复杂的工况，调水区域各地水量的分配及运行难度加大，人工的管理与操作在其间显得力不从心。在这就为工程的运行管理中的自动化、信息化提出了更高的要求。渠系的自动控制则是解决上述调水工程中管理复杂的有效措施，其利用渠道水力学与自动控制理论相结合，能够最大限度的提高渠系运行调度水平及水资源的利用效率。

对于渠系的运行调度而言，核心问题之一在于确定何时启闭节制闸，而这一时间很大程度取决于渠系中水波的滞后时间。尤其对于渠系的前馈控制作用，若不能准确知道渠系中的滞后时间，则会产生供水不足或者弃水。譬如，在渠系控制的前馈环节中，当上游节制闸开启、渠道中取水口随后打开取水的过程中，如果节制闸开启引起的涨水波还未到之前就打开取水口取水，将会导致取水口下游流量下降、影响下游用户取水；而在涨水波经过取水口以后再打开取水口，则将导致上游来水中的一部分水量成为弃水，影响整个渠系的用水效率。而在渠道的控制运行中，渠系的滞后时间可以采用非恒定流仿真计算获得，但是其取水口的取水起始时间则较难确定。

综上所述，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题是：提出一种明渠输水调度闸门延时启闭时间的前馈控制方法，即一种渠道水波响应计算的解析式，可计算取水口的取水起始时间，同时满足两方面的需求：一是能制定出当前输水计划时的节制闸延时启闭时间计划，满足实际的渠系运行调度中需要控制系统能够达到稳定性，快速性及鲁棒性等要求；二是能计算得到用水效率相对最高的取水时间，提高渠系前馈控制作用的效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种明渠输水调度闸门延时启闭时间的前馈控制方法，通过提出一种渠道水波响应计算的解析式，求得达到用水效率最高的取水时间，从而提高渠系前馈控制作用的效果，在渠系运行调度中使系统达到稳定性、快速性、鲁棒性等要求。

本发明的目的是这样实现的：一种明渠输水调度闸门延时启闭时间的前馈控制方法，包含一段输水明渠和控制系统，渠段上下游设有节制闸，下游的输水渠段有取水口。取水口离渠道建筑物较近，即取水口下游即为闸门或堰，水流会因为建筑物的影响而产生回水。渠池中的回水影响通过如ID模型的理论将渠道分为两个子渠段，来考虑所述的节制闸的闸门启闭机构与控制系统连接，通过IDZ模型更好的考虑到了取水口取水所引起的水位突降。所述的控制系统输入包括：传感器装置(包含上下游节制闸闸后水位传感器、节制闸开度传感器)，在考虑按需配水设计前馈规则后，控制系统的输出为用水效率较高时的闸门启闭时间。

所述方法的步骤包括：

1、输入控制系统参数的步骤：用于通过参数输入装置，设置渠道、闸门的物理参数以及控制系统的初始化参数，提前制定好输水工况，下游用户取水方式为固定流量取水，即采用水泵取水或固定分水闸的过闸流量。

2、监测流量、水位和闸门开度的步骤：用于通过节制闸的水位传感器、闸门开度传感器，监测节制闸的闸闸后水位和闸门开度；

3、获得渠道水波的滞后时间τ：

在灌溉渠道及调水工程中，渠道的响应时间通常被定义为渠系系统由一个稳定状态过渡到另一个稳定状态的所需要的时间，把渠道对于阶跃流量的响应时间分成两个部分，即滞后时间与上升时间。

滞后时间就是从上游开始放水到下游渠道末端观测到有流量上升时所经过的时间；上升时间为下游流量增加至目标流量的α％时所用的时间。

4、确定取水口打开时间T_w：