CN108005016A - 一种南水北调调水系统水资源配置装置及配置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种南水北调调水系统水资源配置方法，包括水位控制开关、进水口、湖泊蓄水池、总取水泵、液位变送器、一级取水泵、受水区、泵站蓄水池、一级泵站、摄像装置、PLC控制器、二级泵站、三级泵站、N级泵站、交换机、交流接触器、变频调速装置、总监控装置和SLC控制器。本发明根据各区间供用水情况，优化配置各梯级泵站规划；湖泊蓄水池设计成最优的库容，可有效应对汛限，内部设有水位控制开关，低于此水位，停止湖泊内蓄水向外调水，优先保障当地用水权益，保证各区间现有用水权益不受破坏，合理的计算和控制水量使生活、工业、城市生态环境及航运用水的供水保证率达到97％，农业用水保证率达到95％～75％。

Description

一种南水北调调水系统水资源配置装置及配置方法
技术领域
本发明涉及一种水资源配置装置及配置方法，具体为一种南水北调调水系统水资源配置装置及配置方法，属于水资源应用技术领域。
背景技术
南水北调是指把长江流域水资源自其上游、中游、下游，结合中国疆土地域特点，分东、中、西三线抽调部分送至华北与淮海平原和西北地区水资源短缺地区，大型梯级泵站是南水北调工程的心脏，除了合理的设计、选型、施工和安装外，泵站的监测管理和水资源的配置是保证调水可靠、降低调水成本、节约水资源中占有很重要的地位。
水资源配置是一个多目标多阶段的项目，各个阶段的优化对水资源的合理利用有着重要的作用，现有的水资源配置方面未实现最优化的规制，破坏了各区间现有用水权益，存在很大的局限性，并且传统的水资源配置方式不能满足生活、工业、城市生态环境及航运用水的供水，并且成本高。因此，针对上述问题提出一种南水北调调水系统水资源配置方法。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种南水北调调水系统水资源配置方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的，
一种南水北调调水系统水资源配置装置的配置方法，采用南水北调调水系统水资源配置装置，所述南水北调调水系统水资源配置装置包括进水口、湖泊蓄水池、总取水泵、受水区、一级泵站、二级泵站、三级泵站、N级泵站、SLC控制器和总监控装置，所述湖泊蓄水池连接进水口，且湖泊蓄水池内部设有水位控制开关和总取水泵；所述总取水泵连接变频调速装置和交流接触器，且变频调速装置连接SLC控制器和总监控装置；所述总取水泵连接一级泵站，且一级泵站内部设有液位变送器、泵站蓄水池和一级取水泵；所述一级泵站顶端设有摄像装置，且一级泵站连通受水区；所述一级泵站一端连接二级泵站，且二级泵站一端连接三级泵站；所述三级泵站连接N级泵站，所述一级泵站通过PLC控制器连接交换机。
其配置方法具体步骤如下：
S01、确定目标函数，根据各区间供用水情况，优化配置各梯级泵站规划，以各区间出入抽水规模与各区间缺水量最小为目标函数；
S02、确定约束条件，其中包括水量平衡约束、湖泊蓄水条件约束和防洪调度控制原则约束；
S03、通过对供、调水大系统的各子系统分别进行择优，实现各子系统局部优化，通过协调各子系统的决策，采用权重法对各目标进行线性加权组合，实现整个系统的优化。
优选的，步骤S01中，目标函数具体形式为：
式中：
T为总时段数；
Dit为受水区各区间用水总量；
Pit为受水区供水总量；
Qj为各梯级泵站规模。
优选的，步骤S02中，水量平衡约束：调水系统利用三个湖泊调节径流，湖泊的供用水水量平衡方程为：
Vt+1＝Vt+SIt+PIt-DIt-POt-QOt
式中：
Vt为第t时段湖泊蓄水量；
SI为该区间在扣除蒸发渗漏损失后的来水量；
PI为该区间由泵站抽入水量；
DI为该区间用水量；
PO为该区间由泵站抽出水量；
QO为该区间自然泄出水量。
优选的，步骤S02中，湖泊蓄水条件约束：为优先保障当地用水权益，保证各区间现有用水权益不受破坏，规定各调蓄湖泊调水控制水位，低于此水位，停止湖泊内蓄水向外调水；
其中，PO由目标函数采用优化算法确定
优选的，步骤S02中，防洪调度控制原则约束：
Vx为汛限控制水位所对应的库容；
Vf为正常蓄水位所对应的库容。
优选的，线性加权组合公式：
优选的，所述二级泵站、三级泵站、N级泵站与所述一级泵站的结构相同，且所述二级泵站、三级泵站、N级泵站与所述一级泵站均通过所述PLC控制器连接交换机。
优选的，所述水位控制开关设有两个，且两个水位控制开关平行设置在湖泊蓄水池的底端和湖泊蓄水池水位控制端。
优选的，所述液位变送器为一种浮球式液位变送器，且液位变送器与所述PLC控制器、交换机内部之间电性连接。
本发明的有益效果是：该种南水北调调水系统水资源配置方法，根据各区间供用水情况，优化配置各梯级泵站规划；湖泊蓄水池设计成最优的库容，可有效应对汛限，内部设有水位控制开关，低于此水位，停止湖泊内蓄水向外调水，优先保障当地用水权益，保证各区间现有用水权益不受破坏，合理的计算和控制水量使生活、工业、城市生态环境及航运用水的供水保证率达到97％，农业用水保证率达到95％～75％；另外设有良好的监控系统，实现远程监控和处理，有良好的经济效益和社会效益，适合推广使用。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图中：1、水位控制开关，2、进水口，3、湖泊蓄水池，4、总取水泵，5、液位变送器，6、一级取水泵，7、受水区，8、泵站蓄水池，9、一级泵站，10、摄像装置，11、PLC控制器，12、二级泵站，13、三级泵站，14、N级泵站，15、交换机，16、交流接触器，17、变频调速装置，18、总监控装置，19、SLC控制器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，一种南水北调调水系统水资源配置装置，包括进水口2、湖泊蓄水池3、总取水泵4、受水区7、一级泵站9、二级泵站12、三级泵站13、N级泵站14、SLC控制器19和总监控装置18，湖泊蓄水池3连接进水口2，可对湖泊蓄水池3内部水进行补充，湖泊蓄水池3内部设有水位控制开关1和总取水泵4，水位控制开关1设有两个，设置在湖泊蓄水池3底部和规定的水位控制端的水平线上，水位控制开关1与交流接触器16、总取水泵4、水可接通电路使总取水泵4工作不断向受水区7提供水，当水面低于规定的水位控制端时，没有介质水则电路断开总取水泵4停止工作；总取水泵4连接变频调速装置17和交流接触器16，变频调速装置17连接SLC控制器19和总监控装置18，可实现远程的监控和操作；设有多级泵站，总取水泵4连接一级泵站9，一级泵站9内部设有液位变送器5和一级取水泵6；一级泵站9顶端设有摄像装置10，一级泵站9连通受水区7二级泵站12，一级取水泵6将泵站蓄水池8内部的水提供给受水区7和输送到；一级泵站9一端连接二级泵站12，二级泵站12一端连接三级泵站13；三级泵站13连接N级泵站14，一级泵站9通过PLC控制器11连接交换机15。
其中，二级泵站12、三级泵站13、N级泵站14与一级泵站9的结构相同，且二级泵站12、三级泵站13、N级泵站14与一级泵站9均通过PLC控制器11连接交换机15，实现各个泵站的监测和多个受水区7的受水；水位控制开关1设有两个，且两个水位控制开关1平行设置在湖泊蓄水池3的底端和湖泊蓄水池3水位控制端，实现调水控制水位，低于此水位，停止湖泊内蓄水向外调水；液位变送器5为一种浮球式液位变送器5，且液位变送器5与PLC控制器11、交换机15内部之间电性连接，实现各级泵站的水位监测。
实施例一：
当该种调水水资源配置装置应用在南水北调工程中，
其配置方法具体步骤如下：
S01、确定目标函数，根据各区间供用水情况，取N为3，以各区间出入抽水规模与各区间缺水量最小为目标函数；
其中，目标函数具体形式为：
式中：
T为总时段数；
Dit为受水区各区间用水总量；
Pit为受水区供水总量；
Qj为各梯级泵站规模；
S02、确定约束条件，其中包括水量平衡约束、湖泊蓄水条件约束和防洪调度控制原则约束；其中，水量平衡约束：调水系统利用三个湖泊调节径流，湖泊的供用水水量平衡方程为：
Vt+1＝Vt+SIt+PIt-DIt-POt-QOt
式中：
Vt为第t时段湖泊蓄水量；
SI为该区间在扣除蒸发渗漏损失后的来水量；
PI为该区间由泵站抽入水量；
DI为该区间用水量；
PO为该区间由泵站抽出水量；
QO为该区间自然泄出水量；
其中，湖泊蓄水条件约束：为优先保障当地用水权益，保证各区间现有用水权益不受破坏，规定各调蓄湖泊调水控制水位，低于此水位，停止湖泊内蓄水向外调水；
其中，PO由目标函数采用优化算法确定
其中，防洪调度控制原则约束：
Vx为汛限控制水位所对应的库容；
Vf为正常蓄水位所对应的库容；
S03、通过对供、调水大系统的各子系统分别进行择优，实现各子系统局部优化，通过协调各子系统的决策，采用权重法对各目标进行线性加权组合，实现整个系统的优化，
线性加权组合公式：
通过该种方式进行南水北调，使调水系统各区间实际供水量需达到工程设计保证率要求，即生活、工业、城市生态环境及航运用水的供水保证率达到97％，农业用水保证率到95％～75％，大大提高了工作效率，减少了制造成本。
实施例二：
当该种调水水资源配置装置应用在小型工厂进行调水使用时，
其配置方法具体步骤如下：
S01、确定目标函数，根据各区间供用水情况，取N为2，以各区间出入抽水规模与各区间缺水量最小为目标函数；
其中，目标函数具体形式为：
式中：
T为总时段数；
Dit为受水区各区间用水总量；
Pit为受水区供水总量；
Qj为各梯级泵站规模；
S02、确定约束条件，其中包括水量平衡约束、湖泊蓄水条件约束和防洪调度控制原则约束；其中，水量平衡约束：调水系统利用三个湖泊调节径流，湖泊的供用水水量平衡方程为：
Vt+1＝Vt+SIt+PIt-DIt-POt-QOt
式中：
Vt为第t时段湖泊蓄水量；
SI为该区间在扣除蒸发渗漏损失后的来水量；
PI为该区间由泵站抽入水量；
DI为该区间用水量；
PO为该区间由泵站抽出水量；
QO为该区间自然泄出水量；
其中，湖泊蓄水条件约束：为优先保障当地用水权益，保证各区间现有用水权益不受破坏，规定各调蓄湖泊调水控制水位，低于此水位，停止湖泊内蓄水向外调水；
其中，PO由目标函数采用优化算法确定。
其中，防洪调度控制原则约束：
Vx为汛限控制水位所对应的库容；
Vf为正常蓄水位所对应的库容；
S03、通过对供、调水大系统的各子系统分别进行择优，实现各子系统局部优化，通过协调各子系统的决策，采用权重法对各目标进行线性加权组合，实现整个系统的优化，
线性加权组合公式：
通过该种方式进行工厂水的调动，大大提高了工作效率。
实施例一和实施二中，各装置在使用时，规定湖泊蓄水池3的水位控制端，通过进水口2向湖泊蓄水池3内输送水，湖泊蓄水池3内的水通过水位控制开关1、总取水泵4、交流接触器16以及两个水位控制开关1内的水接通电路，使总取水泵4将湖泊蓄水池3内的水输向一级泵站9，一级泵站9的受水区7对水进行利用，输送在泵站蓄水池8内部的水由一级取水泵6抽取到二级泵站12，以此方式依次向各个泵站提供水源，当湖泊蓄水池3内水位低于规定的水位控制端时水位控制开关1、总取水泵4、交流接触器16以及两个水位控制开关1内的水的电路断开，总取水泵4停止工作，直到湖泊蓄水池3的水位上升到水位控制端，从而实现水资源的合理配置。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种南水北调调水系统水资源配置装置的配置方法，其特征在于：采用南水北调调水系统水资源配置装置，所述南水北调调水系统水资源配置装置包括进水口(2)、湖泊蓄水池(3)、总取水泵(4)、受水区(7)、一级泵站(9)、二级泵站(12)、三级泵站(13)、N级泵站(14)、SLC控制器(19)和总监控装置(18)，其特征在于：所述湖泊蓄水池(3)连接进水口(2)，且湖泊蓄水池(3)内部设有水位控制开关(1)和总取水泵(4)；所述总取水泵(4)连接变频调速装置(17)和交流接触器(16)，且变频调速装置(17)连接SLC控制器(19)和总监控装置(18)；所述总取水泵(4)连接一级泵站(9)，且一级泵站(9)内部设有液位变送器(5)、泵站蓄水池(8)和一级取水泵(6)；所述一级泵站(9)顶端设有摄像装置(10)，且一级泵站(9)连通受水区(7)；所述一级泵站(9)一端连接二级泵站(12)，且二级泵站(12)一端连接三级泵站(13)；所述三级泵站(13)连接N级泵站(14)，所述一级泵站(9)通过PLC控制器(11)连接交换机(15)，
其配置方法具体步骤如下：
S01、确定目标函数，根据各区间供用水情况，优化配置各梯级泵站规划，以各区间出入抽水规模与各区间缺水量最小为目标函数；
S02、确定约束条件，其中包括水量平衡约束、湖泊蓄水条件约束和防洪调度控制原则约束；
S03、通过对供、调水大系统的各子系统分别进行择优，实现各子系统局部优化，通过协调各子系统的决策，采用权重法对各目标进行线性加权组合，实现整个系统的优化。
2.根据权利要求1所述的南水北调调水系统水资源配置装置的配置方法，其特征在于：步骤S01中，目标函数具体形式为：
式中：
T为总时段数；
Dit为受水区各区间用水总量；
Pit为受水区供水总量；
Qj为各梯级泵站规模。
3.根据权利要求1所述的南水北调调水系统水资源配置装置的配置方法，其特征在于：步骤S02中，水量平衡约束：调水系统利用三个湖泊调节径流，湖泊的供用水水量平衡方程为：
Vt+1＝Vt+SIt+PIt-DIt-POt-QOt
式中：
Vt为第t时段湖泊蓄水量；
SI为该区间在扣除蒸发渗漏损失后的来水量；
PI为该区间由泵站抽入水量；
DI为该区间用水量；
PO为该区间由泵站抽出水量；
QO为该区间自然泄出水量。
4.根据权利要求1所述的南水北调调水系统水资源配置装置的配置方法，其特征在于：步骤S02中，湖泊蓄水条件约束：为优先保障当地用水权益，保证各区间现有用水权益不受破坏，规定各调蓄湖泊调水控制水位，低于此水位，停止湖泊内蓄水向外调水；
其中，PO由目标函数采用优化算法确定。
5.根据权利要求1所述的南水北调调水系统水资源配置装置的配置方法，其特征在于：步骤S02中，防洪调度控制原则约束：
Vx为汛限控制水位所对应的库容；
Vf为正常蓄水位所对应的库容。
6.根据权利要求1所述的南水北调调水系统水资源配置装置的配置方法，其特征在于：线性加权组合公式：
7.根据权利要求1所述的一种南水北调调水系统水资源配置装置，其特征在于：所述二级泵站(12)、三级泵站(13)、N级泵站(14)与所述一级泵站(9)的结构相同，且所述二级泵站(12)、三级泵站(13)、N级泵站(14)与所述一级泵站(9)均通过所述PLC控制器(11)连接交换机(15)。
8.根据权利要求1所述的一种南水北调调水系统水资源配置装置，其特征在于：所述水位控制开关(1)设有两个，且两个水位控制开关(1)平行设置在湖泊蓄水池(3)的底端和湖泊蓄水池(3)水位控制端。
9.根据权利要求1所述的一种南水北调调水系统水资源配置装置，其特征在于：所述液位变送器(5)为一种浮球式液位变送器(5)，且液位变送器(5)与所述PLC控制器(11)、交换机(15)内部之间电性连接。
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