CN108428065A - 一种大型输水工程突发事故应急调度方法及监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及大型输水工程设计及运行，尤其是涉及一种大型输水工程突发事故应急调度方法及监控系统。该监控系统包括输水通道、节制/事故闸、退水通道、退水闸/阀、通道控制线路、通道监测线路。设在输水通道上的监测装置，实时监测通道内监测点的流量和水位信息，并通过输水通道监测线路传输至控制器。设在退水通道上的监测装置，实时监测通道内监测点的水位信息，并通过退水通道监测线路传输至控制器。控制器根据收到的监测信息，根据调度逻辑，形成命令经由输水控制线路，实时操作节制/事故闸的关闭过程和速度；经由退水控制线路实时操作退水闸/阀开度大小，保障输水通道、退水通道在事故发生时快速控制险情、避免次生破坏。

Description

一种大型输水工程突发事故应急调度方法及监控系统
技术领域
本发明涉及大型输水工程设计及运行，尤其是涉及一种大型输水 工程突发事故应急调度方法及监控系统。
背景技术
大型输水渠隧工程由有压及无压输水建筑物串联(输水通道)组 成的，是我国山地、丘陵地区的大型输水工程的基本形式。大型输水 工程输水流量大，且多有穿越城市、农村等人口密集区，输水干线一 旦发生泄水将对沿线人民生命财产安全造成威胁，需要布置事故控制 建筑物(事故闸或者兼做事故闸的节制闸)，研究事故应急调度措施， 以应对可能发生的突发事件。
一定条件下，输水工程必须通过沿线退水通道退水，当退水流量 过大时，可能对退水通道两侧人民生命财产安全造成威胁；当退水流 量过小时，可能造成输水通道内水位或水压力快速增加，造成敞流输 水建筑物(明渠、渡槽)漫溢、封闭无压输水建筑物(无压输水隧洞、 暗涵)出现明满流交替，建筑物结构安全受到威胁。
退水通道多为天然河道或沟箐，受整治情况、人居侵占情况以及 天然流量变化的影响，允许退水流量多变；另一方面，不同输水建筑 物能够承受的水位或压力峰值、变化值也有不同。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供一种大型输水工程突发事故应急调 度方法及监控系统，有效监测输水通道上的水位情况，保障输水安全、 减小突发事故威胁。
本发明采用的技术方案是：一种大型输水工程突发事故的应急调 度方法，包括以下步骤：
A、以退水闸/阀安全泄水流量Q退S为初始值，试算退水流量Q退； 主要通过两个循环C1及C2实现：
a、C1循环以退水通道所有监测点水位为变量，若测量水位 均不超过其临界值MaxZB2x,则退水流量增大ΔQ退；若超过临界值，则 进入循环C2；
b、C2循环针对超过MaxZB2x的情况，判断“可能造成田/屋淹 没”，并提交人工决策是否可以增大MaxZB2x：若是，则采用增大后的 MaxZB2x，再次进行C1循环；若否，则选定退水流量Q退，即保持现有 退水闸/阀的开度，以期监测点水位不超过临界值MaxZB2x；
B、以节制/事故闸设计最大关闸速度MaxV关为初始值，试算安全 关闸速度V关，主要通过两个循环C3实现：
C3循环以节制/事故闸闸下监测点水位变幅Δ为变量，若测点 水位变幅Δ超过其临界值MaxΔZB1x，则判断“可能造成衬砌破坏”， 并提交人工决策，判断是否可以允许局部衬砌破坏：若否则节制/事 故闸关闸速度降低ΔV关；若是则采用增大后的MaxΔZB1x再次进行C3循环；当MaxΔZB1x不再允许增大，且测点水位变幅Δ均小于 MaxΔZB1x时，进入循环C4。
C、关闸过程中，同时监测节制/事故闸闸上输水通道测点水位， 并控制闸门是否暂停关闭，通过C4循环实现：
C4循环以节制/事故闸闸上输水通道内监测点水位为变量，若 测点水位有一个或几个超过其临界值MaxZB1x,则判断“可能造成漫溢 或局部结构破坏”，并提交人工决策，判断是否可以允许漫溢或局部 结构破坏：若否，则本时间间隔内维持节制/事故闸开度不变；若是， 则采用增大后的MaxZB1x再次进行C4循环；
当测点水位均不超过则均可以以V关继续关闭节制/事故闸 直至达到目标开度。
一种大型输水工程突发事故监控系统，包括输水通道(有压及无 压输水建筑物串联)、设置在输水通道上的节制/事故闸、设置在退水 通道上的退水闸/阀，其特征在于：还包括用于传输节制/事故闸开度 命令的输水通道控制线路、用于传输退水闸/阀开度命令的退水通道 控制线路、用于传输输水通道监测点水位流量信息的输水通道监测线 路、用于传输退水通道监测点水位流量信息的退水通道监测线路，控 制器根据输水通道监测线路和退水通道监测线路的监测信息形成控 制输水通道控制线路和退水通道控制线路的命令调度逻辑。
作为优选，所述输水监测装置布置在每一渠段(输水通道被节制 /事故闸划分为渠段)，闸前输水通道的上、下游端及中点附近；间隔 一个时间步长测量一次；
所述输水通道监测线路测量：每一时刻(间隔一个时间步长)， 重点防护对象附近的退水通道测点水位，堤防脆弱位置附近的退水通 道测点水位，退水闸/阀过流量。
进一步的，所述退水监测装置布置在退水通道的重点防护对象附 近及堤防脆弱位置附近，间隔一个时间步长测量一次；
所述输水通道监测线路测量：每一时刻(间隔一个时间步长)， 重点防护对象附近的退水通道测点水位，堤防脆弱位置附近的退水通 道测点水位，退水闸/阀过流量。
更进一步的，所述输水通道控制线路、退水通道控制线路、输水 通道监测线路和退水通道监测线路均与控制器相连，所述控制器接受 输水通道监测线路和退水通道监测线路测量并传递的信息，经过计算 或者人工决策，输出流量控制目标，并通过输水通道控制线路和退水 通道控制线路，控制节制/事故闸和退水闸/阀。
本发明取得的有益效果是：通过实时监测退水过程中，退水通道 测点水位，可以在兼顾退水通道及周边安全同时，超越设计退水流量 退水，以期更快速度退水、减小节制/事故闸上游输水通道内壅积水 量；通过实时监测输水通道测点水位及降幅，可以在兼顾输水通道(串 联的输水建筑物)结构安全同时，超越安全关闸速度关闸，以期尽快 截断水流下泄、以减小对下游影响。
附图说明
图1为本发明的大型输水工程突发事故监控系统的示意图；
图2、图3为每一时刻(间隔一个时间步长)应急调度控制命令 生成的逻辑流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，本发明的一种大型输水工程突发事故监控系统，是 针对大型明流输水工程，可以简化为一个明流(开敞或封闭)输水通 道D(即输水建筑物)、一个退水通道E、一个节制/事故闸F和一个 退水闸/阀G。
输水通道D内水位过大(一般于节制/事故闸F上游最早出现)， 会导致漫溢或局部结构破坏；输水通道D水位降幅过大(最易出现 在节制/事故闸F后紧邻位置)，会造成衬砌破坏。退水通道E退水流 量过大(退水闸/阀G开度过大)，会造成退水通道周围田、屋淹没。
本发明的一种大型输水工程突发事故监控系统，包括设置在输水 通道D上的节制/事故闸F、设置在节制/事故闸F上游的退水通道E、 设置在退水通道E上的退水闸/阀G、用于控制节制/事故闸F关闸速 度的输水通道控制线路A1、用于控制退水闸/阀开度大小的退水通道 控制线路A2、输水通道监测线路B1和退水通道监测线路B2，
输水通道D上设有监测水位的若干输水监控装置，若干输水监控 装置D与控制器连接C，形成输水通道监测线路A1；退水通道E上设 有监测水位的若干退水监控装置，若干退水监控装置与控制器C连 接，形成退水通道监测线路。
在一实施例中，输水监测装置布置在输水通道D的上、下游端 及中点，测量时间为一个时间间隔(本实施例中一个时间间隔为15 分钟～1小时)；输水监测装置布置在渠段上、下游端及中点，通过布 置的水位测点，可以测量上游测点△T时间前后水位及中游 测点△T时间前后水位及下游测点△T时间前后水位及 节制/事故闸F下游紧邻位置的流量QB1。
监测线路B1向控制器C输入输水通道退水流量测量值QB1，各 测点水位的时间系列值其中x代表测点位置，t代表测量时刻。 在投资充裕时，可进一步加密测点、增加测量频率以增加实测数据量 (可用于提高控制器计算精度)。
在一实施例中，退水监测装置布置在退水通道E的重点防护对象 附近及堤防脆弱位置附近，测量时间为一个时间间隔(本实施例中一 个时间间隔为15分钟～1小时)。退水通道监测线路B2连接并传输退 水监测装置的监测值至控制器C，退水通道监测对象，包括但不限于 重点防护对象附近的退水通道内△T时间前后水位及退水通 道堤防脆弱位置附近的通道内△T时间前后水位及退水闸/ 阀G下游紧邻位置的流量QB2。
监测线路B2向控制器C输入退水通道退水流量测量值QB2，各 测点水位的时间系列值其中x代表测点位置，t代表测量时刻。 在投资充裕时，可进一步加密测点、增加测量频率以增加实测数据量 (可用于提高控制器计算精度)。
在一实施例中，控制器C采用电脑或者手机app，输水通道控制 线路A1、退水通道控制线路A2、输水通道监测线路B1和退水通道监 测线路B2均通过控制器C控制，控制器C接受输水通道监测线路B1和退水通道监测线路B2测量并传递的信息，经过计算或者人工决策，输出流量控制目标通过输水通道控制线路A1和退水通道控制线路A2， 控制节制/事故闸F和退水闸/阀G。
如图2-3所示，一种大型输水工程突发事故的应急调度方法，包 括以下步骤：
A、以退水闸/阀安全泄水流量Q退S为初始值，试算退水流量Q退， 主要通过两个循环C1及C2实现(C1在保证退水通道水位不超限条件 下，通过试算增大退水流量；C2当出现水位超限时，提交控制人员决 策是否可增大水位限制；)：
a、C1循环以退水通道所有监测点水位为变量，若测量水位 均不超过其临界值MaxZB2x,则退水流量增大ΔQ退；若超过临界值，则 进入循环C2；
b、C2循环针对超过MaxZB2x的情况，判断“可能造成田/屋淹 没”，并提交人工决策，是否可以增大MaxZB2x：若是，则采用增大后 的MaxZB2x，再次进行C1循环；若否，则选定退水流量Q退，保持现有 退水闸/阀开度，保持现有监测点水位；
B、以节制/事故闸最大关闸速度MaxV关为初始值，试算安全关闸 速度V关，主要通过两个循环C3及C4实现(C3在保证节制/事故闸下 输水通道不出现衬砌破坏(或有限衬砌破坏)条件下，确定最大关闸 速度；C4在保证节制/事故闸上输水通道不出现敞流段满溢(或封闭 段水压力过大)条件下，关闭闸门至目标开度)：
C3循环以节制/事故闸闸下输水通道监测点水位变幅 为变量，若测点水位变幅有一个或几个超过 其临界值MaxΔZB1x，则判断“可能造成衬砌破坏”，并提交人工决策， 判断是否可以允许局部衬砌破坏：若否则节制/事故闸关闸速度降低 ΔV关；若是则采用增大后的MaxΔZB1x再次进行C3循环；
当MaxΔZB1x不再允许增大，且测点水位变幅均小于 时，进入循环C4；
C、节制/事故闸关闸过程中，同时监测节制/事故闸闸上输水通 道测点水位，并控制节制/事故闸闸门是否暂停关闭，通过C4循环实 现：
C4循环以节制/事故闸闸上输水通道内监测点水位为变量，若 测点水位有一个或几个超过其临界值MaxZB1x,则判断“可能造成漫溢 或局部结构破坏”，并提交人工决策，判断是否可以允许漫溢或局部 结构破坏：若否，则本时间间隔内维持节制/事故闸开度不变；若是， 则采用增大后的MaxZB1x再次进行C4循环；
当测点水位均不超过则均可以以V关继续关闭节制/事故闸 直至达到目标开度。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要结构特征。本发明不 受上述实例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还 会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范 围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种大型输水工程突发事故的应急调度方法，包括以下步骤：
A、以退水闸或退水阀安全泄水流量Q退S为初始值，试算退水流量Q退；主要通过两个循环C1及C2实现：
a、C1循环以退水通道所有监测点水位为变量，若测量水位均不超过其临界值MaxZB2x,则退水流量增大ΔQ退；若超过临界值，则进入循环C2；
b、C2循环针对超过MaxZB2x的情况，判断“可能造成田/屋淹没”，并提交人工决策是否可以增大MaxZB2x：若是，则采用增大后的MaxZB2x，再次进行C1循环；若否，则选定退水流量Q退，即保持现有退水闸或退水阀的开度，以期监测点水位不超过临界值MaxZB2x；
B、以节制闸或事故闸设计最大关闸速度MaxV关为初始值，试算安全关闸速度V关，主要通过两个循环C3实现：
C3循环以节制/事故闸闸下监测点水位变幅为变量，若测点水位变幅超过其临界值MaxΔZB1x，则判断“可能造成衬砌破坏”，并提交人工决策，判断是否可以允许局部衬砌破坏：若否则节制闸或事故闸关闸速度降低ΔV关；若是则采用增大后的MaxΔZB1x再次进行C3循环；当MaxΔZB1x不再允许增大，且测点水位变幅均小于MaxΔZB1x时，进入循环C4。
C、关闸过程中，同时监测节制闸或事故闸闸上输水通道测点水位，并控制闸门是否暂停关闭，通过C4循环实现：
C4循环以节制闸或事故闸闸上输水通道内监测点水位为变量，若测点水位有一个或几个超过其临界值MaxZB1x,则判断“可能造成漫溢或局部结构破坏”，并提交人工决策，判断是否可以允许漫溢或局部结构破坏：若否，则本时间间隔内维持节制闸或事故闸开度不变；若是，则采用增大后的MaxZB1x再次进行C4循环；
当测点水位均不超过则均可以以V关继续关闭节制闸或事故闸直至达到目标开度。
2.一种大型输水工程突发事故监控系统，包括输水通道、设置在输水通道上的节制闸或事故闸、设置在节制闸或事故闸上游的退水通道和设置在退水通道上的退水闸或退水阀，其特征在于：还包括用于传输节制闸或事故闸开度命令的输水通道控制线路、用于传输退水闸或退水阀开度命令的退水通道控制线路、用于传输输水通道监测点水位流量信息的输水通道监测线路和用于传输退水通道监测点水位流量信息的退水通道监测线路，控制器根据输水通道监测线路和退水通道监测线路的监测信息形成控制输水通道控制线路和退水通道控制线路的命令调度逻辑。
3.根据权利要求2所述的大型输水工程突发事故监控系统，其特征在于：输水监测装置布置在每一渠段节制闸或事故闸闸前输水通道的上、下游端及中点附近；间隔一个时间步长测量一次。
所述输水通道监测线路测量：每一渠段一个时间步长的上游端测点水位、中点附近测点水位、下游端测点水位、节制闸或事故闸过流量。
4.根据权利要求2或3所述的大型输水工程突发事故监控系统，其特征在于：退水监测装置布置在退水通道的重点防护对象附近及堤防脆弱位置附近，每隔一个时间步长测量一次；
所述输水通道监测线路测量：一个时间步长，重点防护对象附近的退水通道测点水位，堤防脆弱位置附近的退水通道测点水位，退水闸或退水阀过流量。
5.根据权利要求4所述的大型输水工程突发事故监控系统，其特征在于：所述输水通道控制线路、退水通道控制线路、输水通道监测线路和退水通道监测线路均与控制器相连，所述控制器接受输水通道监测线路和退水通道监测线路测量并传递的信息，经过计算或者人工决策，输出流量控制目标，并通过输水通道控制线路和退水通道控制线路，控制节制闸或事故闸，以及退水闸或退水阀。
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