CN109706906A - 一种三角门船闸开通闸运行的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三角门船闸开通闸运行的控制方法，属于水利工程技术领域，其包括包括数据采集、数学模型计算分析、开通闸业务管理；具体包括以下步骤，步骤1)设置水位测点，从上到下选取四个水位测点，第一个水位测点位于上闸首上游；第二个水位测点于闸室内；第三个水位测点位于闸室内；第四个水位测点位于下闸首下游；步骤2)安装水位测量仪器；步骤3)选取水位控制点；步骤4)定量分析船闸开通闸运行临界条件；步骤5)根据开通闸的临界条件按照开关门顺序进行开通闸运行。本发明有效弥补目前开通闸完全靠经验操作的不足，该方法给出了监测点的位置、监测的参数以及不同条件下开通闸的操作顺序，可为感潮河段船闸的开通闸运行提供借鉴。

Description

一种三角门船闸开通闸运行的控制方法

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，具体涉及一种三角门船闸开通闸运行的控制方法。

背景技术

长三角地区水网纵横、港口林立、通江达海，水运事业十分发达。随着该地区经济的快速发展，船舶通过量将会迅猛增加。

目前，不少口门船闸均处于超负荷运行状态，今后越来越多的船舶需要在通闸期间通过。因此，充分利用长江涨潮机会，提高现有船闸通过能力，实时了解通闸时的安全状况，是船闸运行管理工作中十分迫切和必须解决的问题。

开通闸运行安全管理尚存在一些问题，主要有如下几个方面：第一，船闸的闸门启闭机械承受能力问题，如何保证在不损坏启闭机的状态下开通闸运行是“通闸安全运行管理决策系统”的难点；第二，闸室、引航道在畅通过水时的水动力条件，当水位差高于一定尺度时，水流的流速与流态均会不利于船舶停开，由此带来安全问题，确定开通闸运行的临界水位差是“通闸安全运行管理决策系统”重要研究问题；第三，人为因素，气候、水文等环境变迁引起的安全隐患。

通闸管理是全方位、全过程、立体化的管理活动，其管理内容涉及到气象水文情况、潮位涨落情况、船舶类型及适航情况、引航道情况、船闸设备运行情况、通讯畅通情况、船闸操作运行调度情况等各个方面。

开通闸运行顺序与传统的船闸运行方式不同，因此需要提出一种开通闸运行的控制方法，有较降低安全风险，确保通闸运行安全。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种三角门船闸开通闸运行的控制方法，有较降低安全风险，确保通闸运行安全。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种三角门船闸开通闸运行的控制方法，其至下而上包括数据采集、数学模型计算分析、开通闸业务管理；所述的数据采集，通过传感器对开通闸直接相关数据和外部数据的采集获取；所述的数学模型计算分析是基于采集的数据实时计算开通闸的临界条件；所述的开通闸业务管理根据数学模型计算分析的数据，制定安全通闸适行调度的管理程序；包括如下步骤：

步骤1)设置水位测点

从上到下选取四个水位测点，第一个水位测点位于上闸首上游；第二个水位测点于闸室内；第三个水位测点位于闸室内；第四个水位测点位于下闸首下游；

步骤2)安装水位测量仪器

在设置的四个水位测点位置处，分别固定钢管测井，在水流方向的反面不同高度处打十个小孔，以便水畅通进入管内，在管中放入水位测量传感器，将水位测量传感器与电脑相连；

步骤3)选取水位控制点

开闸门的控制条件均采用第一个水位测点的水位Z₁和第四个水位测点的水位Z₄进行控制，此时上闸首闸门、上闸首阀门、下闸首闸门和下闸首阀门均处于关闭状态；

步骤4)定量分析船闸开通闸运行临界条件

步骤4.1)，建立船闸区域平面二维数学模型，通过数学模型计算不同条件下步骤2)中水位测量传感器处的水位，第一个水位测点计算得到的水位为Z₁，第二个水位测点计算得到的水位为Z₂，第三个水位测点计算得到的水位为Z₃，第四个水位测点计算得到的水位为Z₄；步骤4.2)，随机选取不同的上下游潮位差Δz＝|Z₁-Z₄|进行开关门数值计算，同时记录数学模型中得到的流速、启闭机受力和流态状况；当闸室和引航道流态平顺，不产生回流时，令f₁(Δz)＝1，记录对应的下游潮位差范围：x₁＜Δz＜y₁；当闸室和引航道流速小于2m/s时，令f₂(Δz)＝1，记录对应的下游潮位差范围：x₂＜Δz＜y₂；当启闭机受力满足设计要求，令f₃(Δz)＝1，记录对应的下游潮位差范围：x₃＜Δz＜y₃，其中x₁、y₁、x₂、y₂、x₃、y₃均为第一个水位测点和第四个水位测点的潮位差值，单位为m；步骤4.3)，根据式(I)计算开通闸安全运行判别指标：

式(I)中M为定量判别指标，f₁(Δz)为流态指标，f₂(Δz)为流速指标，f₃(Δz)闸门启闭机受力指标；当M取值为3时，表明控制条件可以满足开通闸要求，取上述三种情况Δz的取值范围交集，即为开通闸临界安全运行条件。

进一步的，步骤1)中，所述的第一个水位测点与上闸首闸门的垂直距离为20m；所述的第二个水位测点与上闸首闸门的垂直距离为10m；所述的第三个水位测点与下闸首闸门的垂直距离为10m；所述的第四个水位测点与下闸首闸门的垂直距离为20m。

进一步的，步骤1)中，所述的第一个水位测点、第二个水位测点、第三个水位测点、第四个水位测点距左边壁或右边壁垂直距离均为2m。

进一步的，步骤2)中，所述的钢管测井内径为45mm，钢管测井的井底应低于设计最低水位0.5m，井口应高于设计最高水位0.5m；钢管测井截面使浮子随水位自由升降，钢管测井内外的水位差及水位滞后不超过1cm。

进一步的，根据所述的开通闸的临界条件按照开关门顺序进行开通闸运行：

步骤5)开启上下游阀门，当某一时刻上下游水位达到开通闸的要求时，同时开启上闸首阀门和下闸首阀门，直到上闸首阀门和下闸首阀门完全开启，保护完全开启1min；

步骤6)开启闸门顺序，对于闸门开启顺序，若Z₁>Z₄，先开下闸首闸门，直至下闸首闸门完全开启，然后再开上闸首闸门，直至上闸首闸门完全开启；若Z₁<Z₂，先开上闸首闸门，直至上闸首闸门完全开启，然后开下闸首闸门，直至下闸首闸门完全开完启，此时已完成开通闸；

步骤7)关闭通闸顺序，落潮时，当下游水位Z₄小于等于上游水位Z₁时，开始关闭通闸。先关下闸首闸门，直至下闸首闸门完全关闭，然后关上闸首闸门，至上闸首闸门完全关闭，最后同时关闭上闸首阀门、下闸首阀门。

有益效果：与现有技术相比，本发明的一种三角门船闸开通闸运行的控制方法，有效弥补了目前开通闸完全靠经验操作的不足，该方法给出了监测点的位置、监测的参数以及不同条件下开通闸的操作顺序，可为感潮河段船闸的开通闸运行提供借鉴。

附图说明

图1是水位测点布置图；

图2是水位计接线图；

图3是船闸布置简图。

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1-3所示，附图标记分别为：第一个水位测点1、第二个水位测点2、第三个水位测点3、第四个水位测点4、电脑5、水位测量传感器6、闸室7、上闸首闸门8、上闸首阀门9、下闸首闸门10和下闸首阀门11。

第一个水位测点1、第二个水位测点2、第三个水位测点3、第四个水位测点4分别对应的水位为Z₁、Z₂、Z₃和Z₄。

三角门船闸开通闸运行管理控制方法至下而上分为三个层次：数据采集、数学模型计算分析和开通闸业务管理。数据采集是通过各类传感器，有对开通闸直接相关数据的采集，也有对其他外部数据的采集获取；数模计算分析是基于采集的数据实时计算开通闸的临界条件；开通闸业务管理是根据数学模型计算分析的数据，制定安全通闸适行调度的管理程序。具体步骤如下：

步骤1)设置水位测点

从上到下选取四个水位测点，第一个水位测点1位于上闸首上游，与上闸首闸门8的垂直距离为20m；第二个水位测点2于闸室7内，与上闸首闸门8的垂直距离为10m；第三个水位测点3位于闸室7内，与下闸首闸门10的垂直距离为10m；第四个水位测点4位于下闸首下游，与下闸首闸门10的垂直距离为20m。其中，第一个水位测点1、第二个水位测点2距左边壁垂直距离为2m，第三个水位测点3、第四个水位测点4距离右边壁垂直距离为2m(站在上闸首，面向下闸首，左手边为左边壁，右手边为右边壁)；

步骤2)安装水位测量仪器

在设置的四个水位测点位置处，分别固定内径为45mm的钢管测井，在水流方向的反面不同高度处打十个小孔，以便水畅通进入管内，在管中放入水位测量传感器6，将水位测量传感器6与电脑5相连；钢管测井的布置要求不干扰水流流态，不影响船闸作业；钢管测井井底应低于设计最低水位0.5m，井口应高于设计最高水位0.5m；测井截面能使浮子随水位自由升降，测井内外的水位差及水位滞后不超过1cm；

步骤3)选取水位控制点

开闸门的控制条件均采用上闸首上游水位(第一个水位测点1的水位)Z₁和下闸首下游水位(第四个水位测点4的水位)Z₄进行控制，此时上闸首闸门8、上闸首阀门9、下闸首闸门10和下闸首阀门11均处于关闭状态，实时测量四个水位点的水位；

步骤4)定量分析船闸开通闸运行临界条件

步骤4.1)，建立船闸区域平面二维数学模型，通过数学模型计算不同条件下步骤2)中水位测量传感器6处的水位，第一个水位测点1计算得到的水位为Z₁，第二个水位测点2计算得到的水位为Z₂，第三个水位测点3计算得到的水位为Z₃，第四个水位测点4计算得到的水位为Z₄；

步骤4.2)，采用步骤3)中的实测上游水位Z₁，随机选取不同的下游水位，得到不同的上下游潮位差Δz＝|Z₁-Z₄|，对选取的条件进行开关门数值计算，同时记录数学模型中得到的流速、启闭机受力和流态状况；当闸室7和引航道流态平顺，不产生回流时，令f₁(Δz)＝1，记录对应的下游潮位差范围：x₁＜Δz＜y₁；当闸室和引航道流速小于2m/s时，令f₂(Δz)＝1，记录对应的下游潮位差范围：x₂＜Δz＜y₂；当启闭机受力满足设计要求，令f₃(Δz)＝1，记录对应的下游潮位差范围：x₃＜Δz＜y₃；其中x₁、y₁、x₂、y₂、x₃、y₃均为第一个水位测点1和第四个水位测点4的潮位差值，单位为m；

骤4.3)，计算开通闸安全运行判别指标：

式(I)中M为定量判别指标，f₁(Δz)为流态指标，f₂(Δz)为流速指标，f₃(Δz)闸门启闭机受力指标；当M取值为3时，表明控制条件可以满足开通闸要求，取上述三种情况Δz的取值范围交集，即为此时开通闸临界安全运行条件。

步骤5)开启上下游阀门

当某一时刻上下游水位达到开通闸的要求时，同时开启上闸首阀门9和下闸首阀门11，直到上闸首阀门9和下闸首阀门11完全开启，保护完全开启1min。

步骤6)开启闸门顺序

对于闸门开启顺序，若Z₁>Z₄，先开下闸首闸门10，直至下闸首闸门10完全开启，然后再开上闸首闸门8，直至上闸首闸门8完全开启；若Z₁<Z₂，先开上闸首闸门8，直至上闸首闸门8完全开启，然后开下闸首闸门10，直至下闸首闸门10完全开完启，此时已完成开通闸。

步骤7)关闭通闸顺序

落潮时，当下游水位Z₄小于等于上游水位Z₁时，开始关闭通闸。先关下闸首闸门10，直至下闸首闸门10完全关闭，然后关上闸首闸门8，至上闸首闸门8完全关闭，最后同时关闭上闸首阀门9、下闸首阀门11。

实施例1

(1)开闸门的控制条件均采用上闸首上游水位(第一个水位测点1的水位)Z₁和下闸首下游水位(第四个水位测点4的水位)Z₄进行控制，以下水位均基于85国家基准面。

(2)在闸门区域布置四个水位测点。从上到下选取四个水位测点，第一个水位测点1位于上闸首上游，与上闸首闸门8的距离为20m；第二个水位测点2于闸室7内，与上闸首闸门8的距离为10m；第三个水位测点3位于闸室7内，与下闸首闸门10的距离为10m；第四个水位测点4位于下闸首下游，与下闸首闸门10的距离为20m。其中，第一个水位测点1和第二个水位测点2距右边壁2m，第三个水位测点3和第四个水位测点4距左边壁2m。

(3)选取第一个水位测点1的水位Z₁和第四个水位测点4的水位Z₄为控制点。

(4)采用数学模型确定开通闸的控制条件

选用案例的开通闸控制条件为：

条件一：当上闸首上游水位Z₁<0.96m时，低于设计低水位0.96m，禁止开通闸。

条件二：当上闸首上游水位Z₁>3.71m时，高于设计高水位3.71m，禁止开通闸。

条件三：当上闸首上游水位0.96m≤Z₁<1.64m，且下游水位Z₄在0.96m至3.71m之间条件下，当上下游水位差的绝对值小于0.4m时可以开通闸运行。

条件四：落潮时，当下游水位Z₄小于等于上游水位Z₁时，开始关闭闸门。

(5)当上下游水位达到开通闸的要求时，同时开启上闸首阀门9和下闸首阀门11，直到阀门完全开启，保护完全开启1min。

(6)当上游水位大于下游水位时(Z₁>Z₄)，先开下闸首闸门10，然后开上闸首闸门8；

(7)当下游水位大于上游水位时(Z₁<Z₂)，先开上闸首闸门8，然后开下闸首闸门10；

(8)当某一时刻上下游水位达到关通闸临界条件时，先关下闸首闸门10，直至下闸首闸门10完全关闭，然后关上闸首闸门8，至上闸首闸门8完全关闭，最后同时关闭上闸首阀门9和下闸首阀门11。

Claims (5)

1.一种三角门船闸开通闸运行的控制方法，其特征在于：其至下而上包括数据采集、数学模型计算分析、开通闸业务管理；所述的数据采集，通过传感器对开通闸直接相关数据和外部数据的采集获取；所述的数学模型计算分析是基于采集的数据实时计算开通闸的临界条件；所述的开通闸业务管理根据数学模型计算分析的数据，制定安全通闸适行调度的管理程序；包括如下步骤：

步骤1)设置水位测点

从上到下选取四个水位测点，第一个水位测点(1)位于上闸首上游；第二个水位测点(2)于闸室(7)内；第三个水位测点(3)位于闸室(7)内；第四个水位测点(4)位于下闸首下游；

步骤2)安装水位测量仪器

在设置的四个水位测点位置处，分别固定钢管测井，在水流方向的反面不同高度处打十个小孔，以便水畅通进入管内，在管中放入水位测量传感器(6)，将水位测量传感器(6)与电脑5相连；

步骤3)选取水位控制点

开闸门的控制条件均采用第一个水位测点(1)的水位Z₁和第四个水位测点(4)的水位Z₄进行控制，此时上闸首闸门(8)、上闸首阀门(9)、下闸首闸门(10)和下闸首阀门(11)均处于关闭状态；

步骤4)定量分析船闸开通闸运行临界条件

步骤4.1)，建立船闸区域平面二维数学模型，通过数学模型计算不同条件下步骤2)中水位测量传感器(6)处的水位，第一个水位测点(1)计算得到的水位为Z₁，第二个水位测点(2)计算得到的水位为Z₂，第三个水位测点(3)计算得到的水位为Z₃，第四个水位测点(4)计算得到的水位为Z₄；步骤4.2)，随机选取不同的上下游潮位差Δz＝|Z₁-Z₄|进行开关门数值计算，同时记录数学模型中得到的流速、启闭机受力和流态状况；当闸室和引航道流态平顺，不产生回流时，令f₁(Δz)＝1，记录对应的下游潮位差范围：x₁＜Δz＜y₁；当闸室(7)和引航道流速小于2m/s时，令f₂(Δz)＝1，记录对应的下游潮位差范围：x₂＜Δz＜y₂；当启闭机受力满足设计要求，令f₃(Δz)＝1，记录对应的下游潮位差范围：x₃＜Δz＜y₃，其中x₁、y₁、x₂、y₂、x₃、y₃均为第一个水位测点(1)和第四个水位测点(4)的潮位差值，单位为m；步骤4.3)，根据式(I)计算开通闸安全运行判别指标：

式(I)中M为定量判别指标，f₁(Δz)为流态指标，f₂(Δz)为流速指标，f₃(Δz)闸门启闭机受力指标；当M取值为3时，表明控制条件可以满足开通闸要求，取上述三种情况Δz的取值范围交集，即为开通闸临界安全运行条件。

2.根据权利要求1所述的一种三角门船闸开通闸运行的控制方法，其特征在于：步骤1)中，所述的第一个水位测点(1)与上闸首闸门(8)的垂直距离为20m；所述的第二个水位测点(2)与上闸首闸门(8)的垂直距离为10m；所述的第三个水位测点(3)与下闸首闸门(10)的垂直距离为10m；所述的第四个水位测点(4)与下闸首闸门(10)的垂直距离为20m。

3.根据权利要求1所述的一种三角门船闸开通闸运行的控制方法，其特征在于：步骤1)中，所述的第一个水位测点(1)、第二个水位测点(2)、第三个水位测点(3)、第四个水位测点(4)距左边壁或右边壁垂直距离均为2m。

4.根据权利要求1所述的一种三角门船闸开通闸运行的控制方法，其特征在于：步骤2)中，所述的钢管测井内径为45mm，钢管测井的井底应低于设计最低水位0.5m，井口应高于设计最高水位0.5m；钢管测井截面使浮子随水位自由升降，钢管测井内外的水位差及水位滞后不超过1cm。

5.根据权利要求1所述的一种三角门船闸开通闸运行的控制方法，其特征在于：所述的步骤4)后，根据所述的开通闸的临界条件按照开关门顺序进行开通闸运行：

步骤5)开启上下游阀门，当某一时刻上下游水位达到开通闸的要求时，同时开启上闸首阀门(9)和下闸首阀门(11)，直到上闸首阀门(9)和下闸首阀门(11)完全开启，保持完全开启1min；

步骤6)开启闸门顺序，对于闸门开启顺序，若Z₁＞Z₄，先开下闸首闸门(10)，直至下闸首闸门(10)完全开启，然后再开上闸首闸门(8)，直至上闸首闸门(8)完全开启；若Z₁＜Z₂，先开上闸首闸门(8)，直至上闸首闸门(8)完全开启，然后开下闸首闸门(10)，直至下闸首闸门(10)完全开完启，此时已完成开通闸；

步骤7)关闭通闸顺序，落潮时，当下游水位Z₄小于等于上游水位Z₁时，开始关闭通闸。先关下闸首闸门(10)，直至下闸首闸门(10)完全关闭，然后关上闸首闸门(8)，至上闸首闸门(8)完全关闭，最后同时关闭上闸首阀门(9)、下闸首阀门(11)。