CN106192966A - 一种多级船闸充水及排水流程快速计算方法 - Google Patents

一种多级船闸充水及排水流程快速计算方法 Download PDF

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Abstract

一种多级船闸充水及排水流程快速计算方法，利用计算机自动计算与优化充水及排水流程，结合排水流程算法、充水流程算法和临时目标算法，实现船闸的充水及排水流程的快速计算，所述的排水流程算法应用于仅需要排掉现有闸室部分水量即可达到目标水位的情况；所述的充水流程算法应用于需要从上游引航道引水进闸室才能达到目标水位的情况；所述临时目标算法融合在充水及排水流程算法中，优化充排水流程。本发明是一种能够考虑船闸充水及排水实际，实现流程的自动化计算和优化的方法，大大减少船闸管理人员工作任务，加快船闸自动化及信息化管理进程。

Description

一种多级船闸充水及排水流程快速计算方法
技术领域
本发明涉及船闸通航领域，特别是一种多级船闸充水及排水流程快速计算方法。
背景技术
多级船闸在日常运行中，通过开关泄水阀门，使各闸室以运行高水位与运行低水位交替出现，如五闸室低水位与下游水位齐平，船舶从下游驶向五闸室，而后四闸室由高水位下泄至低水位与五闸室水平，五闸室升高为高水位，船舶从五闸室驶入四闸室……以此类推，最后驶向上游，船舶逐级通过闸室达到过坝的目的，反之下行亦然。
然而，多级船闸在检修及运行级数转换时，会出现非常态水位，不能通过简单的泄平相邻闸室水位实现目标，需要多步骤精确的充水与泄水流程，达到目标水位。此外，由于水体只能由上游往下游下泄，加之结构和设备因素，对各闸室的最低与最高水位、相邻闸室间的最大水头差及一闸室与上游水位水头差均形成了限制，人工计算充水及排水流程，不仅工作繁琐且容易出错，还很难计算出最优方案，特别是某些条件和要求一旦临时变化时，必须全部重算，耗费大量时间和精力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多级船闸充水及排水流程快速计算方法，提供了一种能够考虑船闸充水及排水实际，实现流程的自动化计算和优化的方法，大大减少船闸管理人员工作任务，加快船闸自动化及信息化管理进程。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种多级船闸充水及排水流程快速计算方法，利用计算机自动计算与优化充水及排水流程，结合排水流程算法、充水流程算法和临时目标算法，实现船闸的充水及排水流程的快速计算，包括以下步骤：
1)读取上下游水位、运行方式等基础参数，计算相应运行高水位与低水位；
2)读取初始水位与目标水位，调用充水流程算法，计算上游总计取水量X；
3)若上游总计取水量≠0，调用充水主流程循环充水直至X为零；
4)调用排水流程算法，将各闸室水位排至目标水位；
5)输出充水及排水流程，并给出相应控制指标。
优选的方案中，所述的排水流程算法应用于仅需要排掉现有闸室部分水量即可达到目标水位的的情况；
所述的充水流程算法应用于需要从上游引航道引水进闸室才能达到目标水位的情况；
所述临时目标算法融合在充水及排水流程算法中，优化充排水流程。
一种排水流程算法，包括以下步骤：
1)确定n闸室水位是否达到目标水位；
2)若n闸室水位未达到目标水位，则确定n闸室是否为首级闸室；
3)当n闸室为首级闸室时，确定n闸室目标水位与上游水位差是否满足边界限制条件或n闸室是否需要检修；
4)若n闸室目标水位与上游水位差满足边界限制条件且n闸室不需要检修，则排一次n闸室；
若闸室目标水位与上游水位差不满足边界限制条件或n闸室需要检修，则下放事故检修门后排一次n闸室；
5)在n闸室不为首级闸室的情况下，确定n闸室目标水位与n-1闸室当前水位差是否满足边界限制条件；
6)若n闸室目标水位与n-1闸室当前水位差不满足边界限制条件，则排一次n-1闸室至n闸室目标水位与n-1闸室当前水位差满足边界限制条件为止；
若n闸室目标水位与n-1闸室当前水位差满足边界限制条件，则需要确定n闸室是否为末级闸室；
7)若n闸室为末级闸室且n闸室的目标水位小于下游水位，则在保证下沉浮门的条件下，对n闸室进行排平，然后将n闸室抽水至目标水位，否则，排一次n闸室；
优选的方案中，所述的边界限制条件为首级闸室水位不高于上游水位且在事故检修门未下放时与上游水位差不超过22.6m；
中间级闸室下游闸室水位不高于上游闸室水位，且相邻闸室水位差不超过45.2m；
各闸室水位任何时候不高于最大通航水位，上游闸室充水或排水至目标水位前不低于运行低水位；
在浮式检修门未下沉时，五闸室水位不低于下游水位。
充水流程算法，包括以下步骤：
1)计算需要从上游取水的总量X与各闸室排水量Pn；
2)确定闸室需要从上游取水的总需水量X是否为0；
3)当闸室需要从上游取水的总需水量X＝0时，确定各闸室排水量Pn是否均为0；
若X＝0时，Pn＝0，则充水结束；
若X＝0时，Pn≠0，则对Pn所对应的n闸室采用“排n闸室至目标水位”方法排至目标水位；
4)当闸室需要从上游取水的总需水量X≠0时，确定首级闸室是否能够充水；
若X≠0时，首级闸室能够充水，则通过上游对首级闸室进行充水,充水量取Min(剩余需水量丨X丨，首级闸室最高水位-现水位，二级闸室水位+42m-现水位)；
若X≠0时，首级闸室不能够充水，则以(本闸室目标水位+X)为临时目标，排一次本闸室，其余闸室水位按目标水位控制；
一种临时目标算法，包括以下步骤：
1)计算Cn，Cn＝n闸室初始水位-n闸室目标水位，同时设上游向首级闸室的排水量P0＝0，在Cn+Pn≥0时，则n闸室的排水量Pn＝Cn+Pn-1，n闸室需水量Xn＝0；
在Cn+Pn＜0时，则n闸室的需水量Xn＝Cn+Pn-1，n闸室排水量Pn＝0；
充水总量X＝X1+X2+···+Xn；
2)计算绝对排水量P’n，P’n为充排水过程中n闸室下闸首阀门通过的总排水量，计算公式为：
P’n＝丨X N丨+丨X N-1丨+···+丨X n+1丨+Pn
式中N为闸室总数，丨X丨为闸室内需水量的绝对值。
3)以主排水闸室临时目标水位为终目标水位，剩余闸室临时目标水位＝Max(当前水位-该闸室下闸首在充排水过程中通过的总排水量P’n，闸室运行低水位)。
优选的方案中，在每次排水动作之前，均调用步骤1)-3)进行临时目标水位计算。
本发明所提供的一种多级船闸充水及排水流程快速计算方法，具有以下有益效果：
(1)计算过程可利用计算机进行，省去了繁杂的人工计算及验算，提高了工作效率；
(2)船闸充排水流程过程得到了自动优化，提升了工作质量；
(3)推进了船闸控制自动化的进程，为后期将算法融合进船闸控制程序实现自动化控制奠定了基础，具有长远的现实意义。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的排水流程算法的主流程图。
图2为本发明的排水流程算法中排n闸室至终目标流程图的主流程图。
图3为本发明的排水流程算法中排一次末级闸室的流程图。
图4为本发明的排水流程算法中排一次n闸室的流程图。
图5为本发明的排水流程算法中联动直接排n闸室至临时目标水位或排平流程图。
图6为本发明的排水流程算法中直接排n闸室至临时目标水位或排平流程图。
图7为充水流程算法中上游取水量计算流程图。
图8为充水流程算法主流程图。
具体实施方式
实施例1(当各闸室目标水位小于初始水位时)：
实施例1中的基本参数设置如下：上游水位为175m，下游水位为65m，运动方式为五级上行。
实施例1的具体实施步骤如下：
1)利用计算机自动计算出各闸室运行高水位与低水位(见表1)；
2)读取和设定各闸室的初始水位与目标水位(见表1)；
3)采用排水流程算法进行计算，由首级闸室(一闸室)到末级闸室(五闸室)逐一排水至目标水位(计算结果见表2)；
4)计算机输出排水流程，并发送相应控制动作。具体为：
操作1闸室下闸首阀门，将1闸室水位泄至153.00m，同时操作3闸室下闸首阀门，将3闸室水位泄至109.00m，操作5闸室下闸首阀门，将5闸室水位泄至65.00m；
操作2闸室下闸首阀门，将2闸室水位泄至131.00m，同时操作4闸室下闸首阀门，将4闸室水位泄至87.00m；
操作3闸室下闸首阀门，将3闸室水位泄至109.00m，同时操作5闸室下闸首阀门，将5闸室水位泄至65.00m；
操作2闸室下闸首阀门，将2闸室水位泄至120.00m，同时操作4闸室下闸首阀门，将4闸室水位泄至87.00m；
操作3闸室下闸首阀门，将3闸室水位泄至109.00m，同时操作5闸室下闸首阀门，将5闸室水位泄至65.00m；
操作2闸室下闸首阀门，将2闸室水位泄至118.25m，同时操作4闸室下闸首阀门，将4闸室水位泄至87.00m；
操作3闸室下闸首阀门，将3闸室水位泄至109.00m，同时操作5闸室下闸首阀门，将5闸室水位泄至65.00m；
操作4闸室下闸首阀门，将4闸室水位泄至87.00m；
操作5闸室下闸首阀门，将5闸室水位泄至65.00m。
完成上述步骤总共开阀17次，充排水总量为135.5m。
表1各闸室排水水位参数表(单位：m)
水位 一闸室 二闸室 三闸室 四闸室 五闸室
运行高水位 175 153 131 109 87
运行低水位 153 131 109 87 65
初始水位 175 131 131 87 87
目标水位 153 118.25 109 87 65
注：表中目标水位可根据实际需求自行调节
表2排水流程计算表
水位 一闸室 二闸室 三闸室 四闸室 五闸室
初始水位 175.00m 131.00m 131.00m 87.00m 87.00m
排一次后水位 153.00m 153.00m 109.00m 109.00m 65.00m
排两次后水位 131.00m 131.00m 87.00m 87.00m
排三次后水位 131.00m 109.00m 109.00m 65.00m
排四次后水位 120.00m 120.00m 87.00m 87.00m
排五次后水位 120.00m 109.00m 98.00m 65.00m
排六次后水位 118.25m 110.75m 87.00m 76.00m
排七次后水位 109.00m 88.75m 65.00m
排八次后水位 87.00m 66.75m
排九次后水位 65.00m
实施例2(当各闸室目标水位大于等于初始水位)：
实施例2中的基本参数设置如下：上游水位为175m，下游水位为65m，运动方式为五级上行。
实施例2的具体实施步骤如下：
1)利用计算机自动计算出各闸室运行高水位与低水位(见表3)；
2)读取和设定各闸室的初始水位与目标水位(见表3)，采用充水流程算法，计算上游总计取水量为20.15m；
3)充水至总需水量X为零，此处一次充水即完成；
4)采用排水流程算法计算，由首级闸室(一闸室)至末级闸室(五闸室)逐一排水至目标水位(计算结果见表4)；
计算机输出排水流程，并发送相应控制动作。具体为：
1)操作1闸室上闸首阀门，将1闸室水位充至169.35m；
2)操作1闸室下闸首阀门，将1闸室水位泄至159.00m；
3)操作2闸室下闸首阀门，将2闸室水位泄至128.40m；
4)操作1闸室下闸首阀门，将1闸室水位泄至149.20m，同时操作3闸室下闸首阀门，将3闸室水位泄至107.60m；
5)操作2闸室下闸首阀门，将2闸室水位泄至128.40m；
6)操作3闸室下闸首阀门，将3闸室水位泄至107.60m。
表3各闸室充水水位参数表(单位：m)
水位 一闸室 二闸室 三闸室 四闸室 五闸室
运行高水位 170 149.2 128.4 107.6 86.8
运行低水位 149.2 128.4 107.6 86.8 66
初始水位 149.2 128.4 97.75 76.5 66
目标水位 149.2 128.4 107.6 86.8 66
注：表中目标水位可根据实际需求自行调节
表4充水流程计算表

Claims (7)

1.一种多级船闸充水及排水流程快速计算方法，利用计算机自动计算与优化充水及排水流程，结合排水流程算法、充水流程算法和临时目标算法，实现船闸的充水及排水流程的快速计算，其特征在于包括以下步骤：
1)读取上下游水位、运行方式等基础参数，计算相应运行高水位与低水位；
2)读取初始水位与目标水位，调用充水流程算法，计算上游总计取水量X；
3)若上游总计取水量≠0，调用充水主流程循环充水直至X为零；
4)调用排水流程算法，将各闸室水位排至目标水位；
5)输出充水及排水流程，并给出相应控制指标。
2.根据权利要求1一种多级船闸充水及排水流程快速计算方法，其特征在于：所述的排水流程算法应用于仅需要排掉现有闸室部分水量即可达到目标水位的的情况；
所述的充水流程算法应用于需要从上游引航道引水进闸室才能达到目标水位的情况；
所述临时目标算法融合在充水及排水流程算法中，优化充排水流程。
3.根据权利要求1所述的一种排水流程算法，其特征在于包括以下步骤：
1)确定n闸室水位是否达到目标水位；
2)若n闸室水位未达到目标水位，则确定n闸室是否为首级闸室；
3)当n闸室为首级闸室时，确定n闸室目标水位与上游水位差是否满足边界限制条件或n闸室是否需要检修；
4)若n闸室目标水位与上游水位差满足边界限制条件且n闸室不需要检修，则排一次n闸室；
若闸室目标水位与上游水位差不满足边界限制条件或n闸室需要检修，则下放事故检修门后排一次n闸室；
5)在n闸室不为首级闸室的情况下，确定n闸室目标水位与n-1闸室当前水位差是否满足边界限制条件；
6)若n闸室目标水位与n-1闸室当前水位差不满足边界限制条件，则排一次n-1闸室至n闸室目标水位与n-1闸室当前水位差满足边界限制条件为止；
若n闸室目标水位与n-1闸室当前水位差满足边界限制条件，则需要确定n 闸室是否为末级闸室；
7)若n闸室为末级闸室且n闸室的目标水位小于下游水位，则在保证下沉浮门的条件下，对n闸室进行排平，然后将n闸室抽水至目标水位，否则，排一次n闸室。
4.根据权利要求3所述的一种排水流程算法，其特征在于：所述的边界限制条件为首级闸室水位不高于上游水位且在事故检修门未下放时与上游水位差不超过22.6m；
中间级闸室下游闸室水位不高于上游闸室水位，且相邻闸室水位差不超过45.2m；
各闸室水位任何时候不高于最大通航水位，上游闸室充水或排水至目标水位前不低于运行低水位；
在浮式检修门未下沉时，五闸室水位不低于下游水位。
5.根据权利要求1所述的一种充水流程算法，其特征在于包括以下步骤：
1)计算需要从上游取水的总量X与各闸室排水量Pn；
2)确定闸室需要从上游取水的总需水量X是否为0；
3)当闸室需要从上游取水的总需水量X＝0时，确定各闸室排水量Pn是否均为0；
若X＝0时，Pn＝0，则充水结束；
若X＝0时，Pn≠0，则对Pn所对应的n闸室采用“排n闸室至目标水位”方法排至目标水位；
4)当闸室需要从上游取水的总需水量X≠0时，确定首级闸室是否能够充水；
若X≠0时，首级闸室能够充水，则通过上游对首级闸室进行充水,充水量取Min(剩余需水量丨X丨，首级闸室最高水位-现水位，二级闸室水位+42m-现水位)；
若X≠0时，首级闸室不能够充水，则以(本闸室目标水位+X)为临时目标，排一次本闸室，其余闸室水位按目标水位控制。
6.根据权利要求1所述的一种临时目标算法，其特征在于包括以下步骤：
1)计算Cn，Cn＝n闸室初始水位-n闸室目标水位，同时设上游向首级闸室的排水量P0＝0，在Cn+Pn≥0时，则n闸室的排水量Pn＝Cn+Pn-1，n闸室需水量 Xn＝0；
在Cn+Pn＜0时，则n闸室的需水量Xn＝Cn+Pn-1，n闸室排水量Pn＝0；
充水总量X＝X1+X2+···+Xn；
2)计算绝对排水量P’n，P’n为充排水过程中n闸室下闸首阀门通过的总排水量，计算公式为：
P’n＝丨XN丨+丨XN-1丨+···+丨Xn+1丨+Pn
式中N为闸室总数，丨X丨为闸室内需水量的绝对值。
3)以主排水闸室临时目标水位为终目标水位，剩余闸室临时目标水位＝Max(当前水位-该闸室下闸首在充排水过程中通过的总排水量P’n，闸室运行低水位)。
7.根据权利要求6所述的一种临时目标算法，其特征在于：在每次排水动作之前，均调用步骤1)-3)进行临时目标水位计算。
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