[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

摘要

本发明公开了一种明渠输水调度闸门启闭时间的前馈控制方法，该方法使用的系统包括：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，即取水口下游即为节制闸或堰，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；上游来水的涨水波和由于取水口取水导致的降水波刚好相等，取水口下游渠道的蓄量变化为零，即为渠道无弃水运行，这要求在取水口处涨水波到达之后且在取水口处流量的增加量到设定取水量之前这段时间内取水才能满足要求。本发明提高渠系水利用效率，减少水资源浪费；提高渠道输水的经济效益。

主权项

1.一种明渠输水调度闸门延时启闭时间的前馈控制方法，其特征在于：该方法使用的系统包括：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，即取水口下游为节制闸，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ID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：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，控制系统控制上下游节制闸的开启，该方法包括以下步骤：步骤一、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、节制闸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；步骤二、监测流量、水位和节制闸开度的步骤：用于通过节制闸闸后水位传感器、节制闸开度传感器，监测节制闸的闸后水位和闸门开度；步骤三、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；步骤四、确定取水口打开时间T_w：在渠道运行前馈控制中，下游取水时间与上游来水的涨水波在下游引起的流量响应相关；在渠道的运行中，上游供水会产生下行的涨水波，而下游取水会引起上行的降水波，将两种过程线性叠加，以获取最终的配水过程，为了保证渠道下游节制闸后的水流量不发生变化，即在下游节制闸前的取水口开始取水后，上游来水的涨水波和由于取水口取水导致的降水波刚好相等，取水口下游渠道的蓄量变化为零，从而得到最佳取水时间，即取水口打开的时间T_w，以确保渠道蓄量平衡；渠池中的回水影响通过ID模型理论将渠道分为两个子渠段来考虑，并用K来表示边界条件的影响；则阶跃流量下渠道中任何地方的流量过程解析表达式为：q(x,t)＝1‑e^(‑[t‑τ(x)]/K(x))，式中：τ(x)为渠池中x处的滞后时间；K(x)为渠道x处的时间常数；在实际使用中，可由渠道阶跃工况下的响应辨识两个参数；所述步骤四中，取水口取水后取水口下游渠道的蓄量变化为零，即上游来水增加量与下游取水口的取水量流量相等，渠道上游供水量正好等于渠道下游的取水量加上取水口后的水量，为保证渠道下游无弃水，在滞后时间τ至取水口打开时间T_w这段时间内，流到取水口下游的多余流量正好与取水口打开时所减少的流量相等，取水口下游渠道的蓄量变化为零，即为渠道的无弃水运行，可以得到下列计算公式为：T_w＝τ+t_w，式中：T_w表示取水口打开时间；τ表示滞后时间；t_w表示滞后时间τ至取水口打开时间T_w的这段时间；K是时间常数，表示在渠道水波传播过程引入的时间常数；K_d是流量系数，表示K受渠道下游流量水位边界影响的敏感性；K_p是时间常数，表示因下游取水流量变化而引入的时间常数；a是取水口取水时引起的水位突降。