CN108612036B - 平原河网区非汛期水动力条件改善智能控制系统 - Google Patents

平原河网区非汛期水动力条件改善智能控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种平原河网区非汛期水动力条件改善智能控制系统，包括河道闸门控制单元、河道补水控制单元、水动力调控与调度方案计算模块和智能决策云平台，在需要改善水动力的河段两端分别建设河道上断面闸门和河道下断面闸门，从河网水系中建立一段独立水系，以管道形式将水从补水水源入口处补入需要改善水动力的河段上断面一端，所述水动力调控与调度方案计算模块，基于闸孔出流公式来优选水动力调控与调度方案；所述智能决策云平台接收来自水量水质监测装置的监测数据，控制所述河道补水控制单元的补水口闸门启闭机构。

Description

平原河网区非汛期水动力条件改善智能控制系统
技术领域
本发明涉及一种平原河网区非汛期水动力条件改善智能控制系统。
背景技术
网状河流结构是我国平原河网区典型的地理特征，随着区域经济迅速发展，区域不断增多的污染物质进入河网区，使水质状况日益恶化。尤其在非汛期，因来水有限，补水量少，河流经常处于滞流状态，河网区河流的入海闸门闭合而形成封闭静止蓄水水面，河流水环境容量降低，整个河流出现水质恶化的现象。需要引进一种改善平原河网区非汛期河流水动力的技术，利用补充水量引入河道，构建缓流水动力系统，增加水环境容量，改善局部河段水环境质量。
发明内容
本发明针对现状河网区非汛期河流滞流而产生的水环境质量问题，提供一种针对局部河段水动力改善的智能控制技术。具体技术方案如下：
一种平原河网区非汛期水动力条件改善智能控制系统，其特征在于，包括河道闸门控制单元、河道补水控制单元、水动力调控与调度方案计算模块和智能决策云平台，
所述河道闸门控制单元，在需要改善水动力的河段两端分别建设河道上断面闸门和河道下断面闸门，从河网水系中建立一段独立水系，并在所述需要改善水动力的河段两端的河道上断面闸门和河道下断面闸门处各自安装河道闸门启闭机构,在所述河道上断面闸门和河道下断面闸门之间的独立水系中设置测量河道流速的一个或多个河道流速仪，所述河道下断面闸门处设置用于测量河道下断面闸门出流处流量的流量计以及测量上下游水位差的水位计；
所述河道补水控制单元，以管道形式将水从补水水源入口处补入需要改善水动力的河段上断面一端，所述补水水源入口处设置用于监测补水水源水质和补水流量的水量水质监测装置、补水口闸门和补水口闸门启闭机构；
所述水动力调控与调度方案计算模块，接收所述河道流速、所述流量和所述上下游水位差数据，并基于闸孔出流公式来优选水动力调控与调度方案,从而传输指令给所述河道闸门控制单元来控制所述河道闸门启闭机构；以及
所述智能决策云平台，所述智能决策云平台接收来自所述河道补水控制单元的水量水质监测装置的监测数据，传输指令给所述河道补水控制单元来控制所述补水口闸门启闭机构。
优选地，所述河道补水控制单元将所述水量水质监测装置的监测数据无线传输至所述智能决策云平台。
优选地，所述河道下断面闸门作为河道下断面的出水端，以提闸方式出水。
优选地，所述水动力调控与调度方案计算模块内置于所述智能决策云平台中。
在一实施例中，所述智能决策云平台根据所述水量水质监测装置的水质监测资料判断补水水源是否可用于河道生态补水，若符合水质要求，则发出指令来控制所述补水口闸门启闭机构启动所述补水口闸门进行补水；若不符合水质要求，则发出指令来控制所述补水口闸门启闭机构关闭所述补水口闸门。
在一实施例中，所述智能决策云平台利用所述水动力调控与调度方案计算模块，以保证河道流速不低于0.05m/s控制，若补水水量满足则实施长流水调度方案，则实施补水方案，按计算的提闸高度，将指令传输给河道闸门启闭机构，控制河道下断面闸门抬升；若补水水量不满足长流水调度方案，则实施换水方案，先闭合河道下断面闸门，使补水达到设定上下游水位差之后再开启河道下断面闸门，以0.05m/s流速泄水，待上下游水位相等后再闭合河道下断面闸门并重新开始补水。
优选地，所述智能决策云平台在汛期将指令传输给所述河道闸门控制单元，将所述河道上下断面闸门均提升至最高位置。
进一步，一种平原河网区非汛期水动力条件改善智能控制方法，其特征在于，包括步骤：
S1：在需要改善水动力的河段两端分别建设河道上断面闸门和河道下断面闸门，从河网水系中建立一段独立水系；
S2：将水补入需要改善水动力的河段上断面一端；
S3：测量所述需要改善水动力的河段中的河道流速，以河道流速不低于0.05m/s控制，若满足0.05m/s流速的长流水，则实施补水方案，结合所述河道下断面闸门出流处流量以及上下游水位差，根据闸孔出流公式计算提闸高度，按计算的提闸高度，控制河道下断面闸门抬升；若不满足0.05m/s流速的长流水，则实施换水方案，先闭合河道下断面闸门，使补水达到设定上下游水位差之后再开启河道下断面闸门，以0.05m/s流速泄水，待上下游水位相等后再闭合河道下断面闸门并重新开始补水。
在一优选实施例中，在所述步骤S2中，当采用再生水作为补水时，在补水之前，进行水质监测，判断补水是否满足水质要求，若满足则进行补水，若不满足则经处理达到标准之后再行补水。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)将河网中某一河段通过上下端设置闸门而构建独立水系，避免补入整个河网区后水动力改善效果不明显的问题。
(2)在补水水源入河处安装水量水质监测装置，在两端闸门处安装闸门启闭控制机构，利用智能决策云平台进行统一调度与控制，实现高度自动化，节省人力和物力。
附图说明
在下文中将参照附图更完全地描述本发明的一些示例实施例；然而，本发明可以以不同的形式体现，不应当被认为限于本文所提出的实施例。相反，附图与说明书一起例示本发明的一些示例实施例，并用于解释本发明的原理和方面。
在图中，为了例示清楚，尺寸可能被夸大。贯穿全文，相同的附图标记指代相同的元件。
图1示意性示出根据本发明的平原河网区非汛期水动力条件改善智能控制系统的整体技术方案结构图；
图2为河道下断面出水示意图；
图3为根据本发明的平原河网区非汛期水动力条件改善智能控制系统的工作流程图，其中：
1：河道上断面闸门；2：河道下断面闸门，图示为处于开启状态；3：补水水源入口，此处可安装水量水质监测设备、补水口闸门和补水口闸门启闭机构；4：河道上堤；5：河道底面；6：补水后水位上升水面。
具体实施方式
在下面的详细描述中，本发明的某些示例性实施例简单地通过例示的方式被示出和描述。如本领域技术人员将认识到的那样，所描述的实施例可以以各种不同的方式修改，所有这些都不脱离本发明的精神或范围。因此，图和描述将被视为在本质上是例示性的，而不是限制性的。
下文中，将参照附图，结合实施例，更详细地描述根据本发明的平原河网区非汛期水动力条件改善智能控制系统。
图1示意性示出根据本发明的平原河网区非汛期水动力条件改善智能控制系统的整体技术方案结构示意图；图2为河道下断面出水示意图；图3为根据本发明的平原河网区非汛期水动力条件改善智能控制系统的工作流程图。
如图1中所示，根据本发明的平原河网区非汛期水动力条件改善智能控制系统包括河道闸门控制单元、河道补水控制单元、水动力调控与调度方案计算模块、智能决策云平台。
如图2中所示，所述河道闸门控制单元，在需要改善水动力的河段两端分别建设河道上断面闸门1和河道下断面闸门2，从河网水系中建立一段独立水系，并在所述需要改善水动力的河段两端的河道上断面闸门1和河道下断面闸门2处各自安装闸门启闭控制机构,在河道上断面闸门1和河道下断面闸门2之间的独立水系中设置测量河道流速的一个或多个河道流速仪，河道下断面闸门2处设置用于测量河道下断面闸门出流处流量的流量计以及测量上下游水位差的水位计。
所述河道补水控制单元，以管道形式将水从补水水源入口3处补入需要改善水动力的河段上断面一端。在一实施例中，所述河道补水控制单元，是利用河道上断面附近的污水处理厂再生水做为河道生态补水水源。根据地表水环境质量标准(GB3838-2002)，地表水V类可用于一般景观需求，地表水IV类可用于非接触的娱乐用水需求。污水处理厂处理后达标排放的最高标准为一级A标准，对应于地表水水质标准为劣V类，所以不可直接用于补充河道景观水。将污水处理厂出水经再生水厂进行再处理，或经湿地等处理系统进行深度处理达到再利用标准后，可补入河道作为景观用水。为保证补水水质要求，并实时监控补水的水量，在补水系统入河处安装水量水质自动监测设备。同时在该河道补水控制单元入河处安装闸门自动控制系统。
智能决策云平台接收来自所述河道补水控制单元的水量水质监测装置的监测数据，通过智能决策云平台进行判断后发出指令，传输指令给所述河道补水控制单元来控制所述补水口闸门启闭机构，并控制补入河道的水量。
所述水动力调控与调度方案计算模块内置于智能决策云平台中，接收河道流速、河道下断面闸门出流处流量和上下游水位差数据，并基于闸孔出流公式来优选水动力调控与调度方案。水动力条件以保证河道流速不低于0.05m/s控制，根据上下游水位差Z0和河道断面形态，经闸流公式计算，可得到闸门处的抬闸高度h。若补水水量(污水处理厂再生水量)Q1满足0.05m/s流速的长流水量，则以计算的抬闸高度进行调度控制，将指令传输给河道闸门启闭机构，控制河道下断面闸门2抬升；若再生水量不满足0.05m/s流速的长流水量，则采用换水方案，即先闭合下断面闸，使补水达到一定的上下游水位差后，开启下断面闸，以0.05m/s流速泄水，待上下游水位相等后再闭合下断面闸并开始补水，完成一个完整的调度过程。若完全使用再生水，长流水方案水体的水力停留时间在5天以内，换水方案水体的水力停留时间在水温超过25℃时不宜超过3天，25℃以下时可适当延长；
A＝B·h(式2)
式1和式2为闸孔出流公式，其中：
μ为出流系数；
Q为闸门出流处流量(m3/s)；
A为出流闸面积(m2)；
B为出流闸处闸门宽度(m)；
h为出流闸提闸高度(m)；
g为重力加速度(m/s2)；
Z0为上下游水位差(m)。
所述智能决策云平台首先根据补水口水质监测资料判断是否可用于河道生态补水，若符合水质要求，则启动补水口处闸门自动控制系统进行补水；若不符合水质要求，则关闭补水口处闸门自动控制系统。
在另一实施例中，所述智能决策云系统根据补水口水量监测数据，利用内置的前述水动力调控与调度方案系统计算补水流量是否满足长流水流量，满足则实施长流水调度方案，按计算的闸门抬升高度，将指令传输给闸门的智能控制系统，控制下断面闸门抬升；若不满足长流水调度方案，则实施换水调度方案。
在一优选实施例中，智能决策云平台到汛期将指令传输给上下断面闸门，闸门均提升至最高位置，以利于泄洪。
图3示意性示出根据本发明的平原河网区非汛期水动力条件改善智能控制系统的工作流程图。如图所述，根据本发明的平原河网区非汛期水动力条件改善智能控制系统的工作步骤如下：
S1：在需要改善水动力的河段两端分别建设河道上断面闸门和河道下断面闸门，从河网水系中建立一段独立水系；
S2：将水补入需要改善水动力的河段上断面一端，其中当采用再生水作为补水时，在补水之前，进行水质监测，判断补水是否满足水质要求，若满足则进行补水，若不满足则经处理达到标准之后再行补水；
S3：测量所述需要改善水动力的河段中的河道流速，以河道流速不低于0.05m/s控制，若满足0.05m/s流速的长流水，则实施补水方案，结合所述河道下断面闸门出流处流量以及上下游水位差，根据闸孔出流公式计算提闸高度，按计算的提闸高度，控制河道下断面闸门抬升；若不满足0.05m/s流速的长流水，则实施换水方案，先闭合河道下断面闸门，使补水达到设定上下游水位差之后再开启河道下断面闸门，以0.05m/s流速泄水，待上下游水位相等后再闭合河道下断面闸门并重新开始补水。
综上，本发明针对现状河网区非汛期河流滞流而产生的水环境质量问题，提供了一种针对局部河段水动力改善的智能控制技术。

Claims (6)

1.一种平原河网区非汛期水动力条件改善智能控制系统，其特征在于，包括河道闸门控制单元、河道补水控制单元、水动力调控与调度方案计算模块和智能决策云平台，
所述河道闸门控制单元，在需要改善水动力的河段两端分别建设河道上断面闸门(1)和河道下断面闸门(2)，从河网水系中建立一段独立水系，并在所述需要改善水动力的河段两端的河道上断面闸门(1)和河道下断面闸门(2)处各自安装河道闸门启闭机构,在所述河道上断面闸门(1)和河道下断面闸门(2)之间的独立水系中设置测量河道流速的一个或多个河道流速仪，所述河道下断面闸门(2)处设置用于测量河道下断面闸门出流处流量的流量计以及测量上下游水位差的水位计；
所述河道补水控制单元，以管道形式将水从补水水源入口(3)处补入需要改善水动力的河段上断面一端，所述补水水源入口(3)处设置用于监测补水水源水质和补水流量的水量水质监测装置、补水口闸门和补水口闸门启闭机构；
所述水动力调控与调度方案计算模块，接收所述河道流速、所述流量和所述上下游水位差数据，并基于闸孔出流公式来优选水动力调控与调度方案,从而传输指令给所述河道闸门控制单元来控制所述河道闸门启闭机构；以及
所述智能决策云平台，所述智能决策云平台接收来自所述河道补水控制单元的水量水质监测装置的监测数据，传输指令给所述河道补水控制单元来控制所述补水口闸门启闭机构，
其中所述智能决策云平台利用所述水动力调控与调度方案计算模块，以保证河道流速不低于0.05m/s控制，若满足0.05m/s流速的长流水，则实施补水方案，按计算的提闸高度，将指令传输给河道闸门启闭机构，控制河道下断面闸门(2)抬升；若不满足0.05m/s流速的长流水，则实施换水方案，先闭合河道下断面闸门(2)，使补水达到设定上下游水位差之后再开启河道下断面闸门(2)，以0.05m/s流速泄水，待上下游水位相等后再闭合河道下断面闸门(2)并重新开始补水。
2.根据权利要求1所述的平原河网区非汛期水动力条件改善智能控制系统，其特征在于，所述河道补水控制单元将所述水量水质监测装置的监测数据无线传输至所述智能决策云平台。
3.根据权利要求1所述的平原河网区非汛期水动力条件改善智能控制系统，其特征在于，所述河道下断面闸门(2)作为河道下断面的出水端，以提闸方式出水。
4.根据权利要求1所述的平原河网区非汛期水动力条件改善智能控制系统，其特征在于，所述水动力调控与调度方案计算模块内置于所述智能决策云平台中。
5.根据权利要求1所述的平原河网区非汛期水动力条件改善智能控制系统，其特征在于，所述智能决策云平台根据所述水量水质监测装置的水质监测资料判断补水水源是否可用于河道生态补水，若符合水质要求，则发出指令来控制所述补水口闸门启闭机构启动所述补水口闸门进行补水；若不符合水质要求，则发出指令来控制所述补水口闸门启闭机构关闭所述补水口闸门。
6.根据权利要求1所述的平原河网区非汛期水动力条件改善智能控制系统，其特征在于，所述智能决策云平台在汛期将指令传输给所述河道闸门控制单元，将所述河道上下断面闸门(1,2)均提升至最高位置。
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