CN110647039B - 长距离明渠输水工程同步控制自适应平衡调度方法 - Google Patents

长距离明渠输水工程同步控制自适应平衡调度方法 Download PDF

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CN110647039B CN201910950128.7A CN201910950128A CN110647039B CN 110647039 B CN110647039 B CN 110647039B CN 201910950128 A CN201910950128 A CN 201910950128A CN 110647039 B CN110647039 B CN 110647039B
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Abstract

本发明公开了一种长距离明渠输水工程同步控制自适应平衡调度方法，S1，建渠道数字模型；S2，获取渠道运行状态数据；S3，确定节制闸、分水闸的过流计算；S4，确定调度控制目标；S5，长距离明渠输水工程同步控制指令生成；S6，渠道自适应平衡的模拟；S6.1，自适应平衡调度水面线计算；S6.2，将渠池水面线分为自由水深段、淹没水深段两个部分；S6.3，自适应平衡的渠道模拟；S6.3.1，通过过闸流量公式及水位流量关系曲线确定渠池∆t时段上游工程进入渠池的流量Qs及每个节制闸下游水位；S6.3.2，当渠池下游端水位变化引起的渠池蓄量变化正好等于∆W时，渠池下游水位即为∆t时段末渠池下游端水位；S6.3.3，依次类推。本发明操作简便，安全性好。

Description

长距离明渠输水工程同步控制自适应平衡调度方法
技术领域
本发明涉及长距离输水工程明渠中间没有调蓄工程的调度控制，尤其是涉及长距离明渠输水工程同步控制自适应平衡调度方法
技术背景
长距离明渠输水控制系统具有强非线性、强耦合和大滞后等特点，常规水力控制难度大，工况间转换时间长，为了提高系统的控制响应速度，实现明渠输水系统“安全、适时、适量”的输水目标，国内外对长距离输水工程的调度控制进行了大量的研究。但一直没有一种有效的方法可以解决这一问题,满足实时调度控制要求。
本发明目的在于提供一种长距离明渠输水工程同步控制自适应平衡调度方法，可以有效满足长距离输水工程实时调度控制要求。
发明内容
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述长距离明渠输水工程同步控制自适应平衡调度方法，包括下述步骤：
S1，构建渠道数字模型：
对渠道进行数字化，按渠道节制闸对象、渠池对象、分水闸对象分别对节制闸、渠池、分水闸进行数字化，构建长距离明渠输水工程数字模型；
S2，获取渠道运行状态数据：
通过现有自动化监控手段获取全线渠道运行状态数据，包括渠道上所有的节制闸、分水闸的开度、闸前和闸后水位、过闸流量；
S3，确定节制闸、分水闸的过流计算方法：
选用通用孔流计算公式，同时在所述通用孔流计算公式中把堰流状态作为特殊的孔流来处理，用于解决连续性问题；通用孔流计算公式见下式：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（1）
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为流量系数，通过实测资料进行率定；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为闸门总宽度；
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为闸门综合开度；
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为闸门上游水位；
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为闸门下游水位；
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为过闸平均流速；
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为水下过闸断面的面积；
采用这个公式：物理概念清晰，闸的上、下游水位可以通过实测直接获得，可以通过实测资料可以方便率定
Figure DEST_PATH_IMAGE018
；对于堰流采用公式（1）时，将闸门的综合开度变为闸门上游水位减去闸底板高程
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，见下式：
Figure DEST_PATH_IMAGE022
（1.1）
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE024
为流量系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE026
为闸孔宽度；
Figure DEST_PATH_IMAGE028
为闸门开度；
Figure DEST_PATH_IMAGE030
为闸底板高程；
Figure DEST_PATH_IMAGE032
为闸门上游水位；
Figure DEST_PATH_IMAGE034
为闸门下游水位；
Figure DEST_PATH_IMAGE036
为过闸平均流速；
这样，把
Figure DEST_PATH_IMAGE038
统一定义为闸门水下过流断面的面积，避免了在计算时需要判断堰流或孔流状态，提高了公式使用的灵活性，从而避免开度计算的不连续性；
S4，确定调度控制目标：
所述调度控制目标包括：沿线各分水口的用水量需求和各节制闸的闸前目标控制水位；
S5，长距离明渠输水工程同步控制指令生成方法：
从最末端渠池开始，根据调度控制目标逐渠池推求平衡状态各渠池流量及水面线，按每个渠池初始状态与平衡状态蓄量差计算得到每个渠池的蓄量补偿量，然后按照公式（2）和公式（3）自下游至上游推求每个节制闸的过流量，通过公式（2）、（3）确定每个节制闸的目标过流量；根据每个节制闸的闸前目标水位及平衡状态闸后水位、闸门目标过流量，通过过闸流量公式（1）、（1.1）计算每个节制闸的闸门开度；通过改变每个渠池下游的节制闸闸前目标控制水位及每个渠池平衡时间，得到不同的同步控制指令；
Figure DEST_PATH_IMAGE040
（2）
Figure DEST_PATH_IMAGE042
（3）
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE044
，
Figure DEST_PATH_IMAGE046
分别表示第 i个渠池上、下游节制闸过流量（m3/s）；
Figure DEST_PATH_IMAGE048
表示第 i个渠池所有分水闸的分水流量；
Figure DEST_PATH_IMAGE050
：表示第 i个渠池损失量；
Figure DEST_PATH_IMAGE052
：表示第 i个渠池运行稳定后渠池目标蓄量与渠池初始蓄量的差值；
Figure DEST_PATH_IMAGE054
：表示第 i个渠池上游节制闸最大过流能力；
N：为整个输水渠道节制闸的总数;
Figure DEST_PATH_IMAGE056
为第i个渠池平衡时间；
S6，渠道自适应平衡的模拟算法：
长距离明渠输水工程在全线节制闸、分水闸开度状态一定时，经过一段时间后，整个渠道水位、流量、渠池蓄量就达到一个稳定的平衡状态；因此，本发明利用这一特征，通过同步调整节各渠池节制闸的开度，形成不同的渠道输水形态来满足沿线用户用水需求；具体步骤如下：
S6.1，自适应平衡调度水面线计算：
水流在渠池演进遵循水力学基本规律，水力学中描述明槽非恒定流运动规律的以水深（z）和流量（Q）为因变量表示的圣维南方程组为：
Figure DEST_PATH_IMAGE058
（4）
Figure DEST_PATH_IMAGE060
（5）
式中：B为河渠水面宽；
t表示时间；
s表示流程；
Q表示流量；
q表示入流或引水；
A表示断面面积，K表示流量模数；
在明渠输水过程中，各渠池上游端一般属于恒定均匀流，渠池下游端属于恒定渐变流；对于恒定均匀流采用曼宁公式计算不同流量的水位；
明渠恒定均匀流的流量公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE062
（6）
其中：Q为渠池上端过流量；
A为渠池上端过流断面的面积；
i为渠池的纵比降；
R为渠池上端的水力半径；
n为渠池慥率；
通过公式（6）计算出每个渠池过不同流量断面自由水深；
对于渠池的下游端，由于受下游控制工程影响，渠道水流呈恒定渐变流状态，因此，通过明槽恒定渐变流基本方程，即圣维南方程组推求各渠池下游端水位；恒定渐变流的基本微分方程可简化为：
Figure DEST_PATH_IMAGE064
（7）
Figure DEST_PATH_IMAGE066
（8）
式中： i为底坡；
J为水力坡度；
Fr为弗劳德数；
Q为流量；
A为过水断面面积；
B为水面宽；
g为重力加速度；
α为常数；
渠池水流演进分为自由水深段和淹没水深段，当渠池计算水深大于自由水深时渠池为淹没水深段，当渠池水深等于自由水深时为自由水深段；渠池上游为自由水深段，下游为淹没水深段；
通过公式（7）、（8）推求不同流量下渠池下游端水面线，不同流量下渠池上游端水面与渠池下游端水面相交，交点以上取上游端水面线，交点以下取下游端水面线，形成渠池水面线；
S6.2，将所述渠池水面线分为自由水深段、淹没水深段两个部分，渠池上游为自由水深段而下游为淹没水深段，所述自由水深段由公式（6）推求水面线，所述淹没水深段采用公式（7）、（8）联解推求水面线；
S6.3，自适应平衡的渠道模拟算法：
以渠池为单元，对全线的渠池状态按时间进行离散，即以全线渠道初始运行状态为初始条件，按照各闸门调度方案，以△t为计算时段，模拟计算一天全线渠池运行状态；
模拟计算时，每个渠池上游端闸后水位由过闸流量确定，每个渠池下游端闸前水位由渠池蓄量变化来确定；模拟计算时一天24小时按∆t时段进行离散；按照确定的调度方案进行渠道控制工程的调度，每个∆t时段，各闸门开度由调度方案给出；即：
S6.3.1，首先假定∆t时段所有渠池上游闸前水位不变，通过过闸流量公式及水位流量关系曲线确定渠池∆t时段上游工程进入渠池的流量Qs及每个节制闸下游水位；
S6.3.2，渠池∆t时段内上游进入渠池的水量为W1=Q_s×∆t，渠池∆t时段内下游出渠池的水量为W2=Q_x×∆t，∆t时段渠池蓄量变化为∆W=W1-W2；∆t时段末，保持每个渠池上游端水位不变，改变渠池下游端水位，每改变一次水位，通过公式（6）、（7）推求一次渠池水面线，计算一次蓄量变化；当渠池下游端水位变化引起的渠池蓄量变化正好等于所述∆W时，渠池下游水位即为∆t时段末渠池下游端水位；
S6.3.3，依次类推，推求每个∆t时段初及∆t时段末全线所有渠池闸前水位、闸后水位、∆t时段平均过闸流量、渠池蓄量。
本发明在沿线用水需求发生变化时，调用指令生成功能生成全线闸门控制指令，通过模拟模块可以快速对全线运行过程进行模拟。通过改变运行条件，可以得到最优的同步调度控制指令。采用同步控制方式，沿线调闸时间明确，便于全线能够按照调度中心的调度意图进行操作，操作简便，安全性好。
附图说明
图1是本发明所述明渠输水工程的示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述长距离明渠输水工程同步控制自适应平衡调度方法，包括下述步骤：
S1，构建渠道数字模型：
对渠道进行数字化，按渠道节制闸对象、渠池对象、分水闸对象分别对节制闸、渠池、分水闸进行数字化，构建长距离明渠输水工程数字模型；
S2，获取渠道运行状态数据：
通过现有自动化监控手段获取全线渠道运行状态数据，包括渠道上所有的节制闸、分水闸的开度、闸前和闸后水位、过闸流量；
S3，确定节制闸、分水闸的过流计算方法：
水闸设计规范里采用的过闸流量公式需要判断堰流或孔流状态，判断参数很复杂，主要适应缺少实测资料验证的情况下计算设计值。但是对于实时调度系统来说不但要通过开度计算流量，同时还要通过流量计算开度；通过流量计算开度以上公式就显得力不从心。因此，本发明选用通用孔流计算公式，同时在所述通用孔流计算公式中把堰流状态作为特殊的孔流来处理，用于解决连续性问题；通用孔流计算公式见下式：
Figure DEST_PATH_IMAGE068
（1）
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE070
为流量系数，通过实测资料进行率定；
Figure DEST_PATH_IMAGE072
为闸门总宽度；
Figure DEST_PATH_IMAGE074
为闸门综合开度；
Figure DEST_PATH_IMAGE076
为闸门上游水位；
Figure DEST_PATH_IMAGE078
为闸门下游水位；
Figure DEST_PATH_IMAGE080
为过闸平均流速；
Figure DEST_PATH_IMAGE082
为水下过闸断面的面积；
采用这个公式：物理概念清晰，闸的上、下游水位可以通过实测直接获得，可以通过实测资料可以方便率定
Figure DEST_PATH_IMAGE084
。对于堰流采用公式（1）时，将闸门的综合开度变为闸门上游水位减去闸底板高程
Figure DEST_PATH_IMAGE086
，见下式：
Figure DEST_PATH_IMAGE088
（1.1）
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE090
为流量系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE092
为闸孔宽度；
Figure DEST_PATH_IMAGE094
为闸门开度；
Figure DEST_PATH_IMAGE096
为闸底板高程；
Figure DEST_PATH_IMAGE098
为闸门上游水位；
Figure DEST_PATH_IMAGE100
为闸门下游水位；
Figure DEST_PATH_IMAGE102
为过闸平均流速；
这样，把
Figure DEST_PATH_IMAGE104
统一定义为闸门水下过流断面的面积，避免了在计算时需要判断堰流或孔流状态，提高了公式使用的灵活性，从而避免开度计算的不连续性；
S4，确定调度控制目标：
所述调度控制目标包括：沿线各分水口的用水量需求和各节制闸的闸前目标控制水位；
S5，长距离明渠输水工程同步控制指令生成方法：
从最末端渠池开始，根据调度控制目标逐渠池推求平衡状态各渠池流量及水面线，按每个渠池初始状态与平衡状态蓄量差计算得到每个渠池的蓄量补偿量，然后按照公式（2）和公式（3）自下游至上游推求每个节制闸的过流量，通过公式（2）、（3）确定每个节制闸的目标过流量；根据每个节制闸的闸前目标水位及平衡状态闸后水位、闸门目标过流量，通过过闸流量公式（1）、（1.1）计算每个节制闸的闸门开度；通过改变每个渠池下游的节制闸闸前目标控制水位及每个渠池平衡时间，得到不同的同步控制指令；
Figure DEST_PATH_IMAGE106
（2）
Figure DEST_PATH_IMAGE108
（3）
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE110
，
Figure DEST_PATH_IMAGE112
分别表示第 i个渠池上、下游节制闸过流量（m3/s）；
Figure DEST_PATH_IMAGE114
表示第 i个渠池所有分水闸的分水流量；
Figure DEST_PATH_IMAGE116
：表示第 i个渠池损失量；
Figure DEST_PATH_IMAGE118
：表示第 i个渠池运行稳定后渠池目标蓄量与渠池初始蓄量的差值；
Figure DEST_PATH_IMAGE120
：表示第 i个渠池上游节制闸最大过流能力；
N：为整个输水渠道节制闸的总数;为第i个渠池平衡时间；
S6，渠道自适应平衡的模拟算法：
长距离明渠输水工程在全线节制闸、分水闸开度状态一定时，经过一段时间后，整个渠道水位、流量、渠池蓄量就达到一个稳定的平衡状态；因此，本发明利用这一特征，通过同步调整节各渠池节制闸的开度，形成不同的渠道输水形态来满足沿线用户用水需求；具体步骤如下：
S6.1，自适应平衡调度水面线计算：
水流在渠池演进遵循水力学基本规律，水力学中描述明槽非恒定流运动规律的以水深（z）和流量（Q）为因变量表示的圣维南方程组为：
Figure DEST_PATH_IMAGE122
（4）
Figure DEST_PATH_IMAGE124
（5）
式中：B为河渠水面宽；
t表示时间；
s表示流程；
Q表示流量；
q表示入流或引水；
A表示断面面积，K表示流量模数；
渠段流量瞬间内发生较大变化，在恢复稳定状态之前，根据水流的初始条件和边界条件，通过求解明槽非恒定流方程组计算渠段流量和水位随时间和沿程的变化；
在明渠输水过程中，各渠池上游端一般属于恒定均匀流，渠池下游端属于恒定渐变流；对于恒定均匀流采用曼宁公式计算不同流量的水位；
明渠恒定均匀流的流量公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE126
（6）
其中：Q为渠池上端过流量；
A为渠池上端过流断面的面积；
i为渠池的纵比降；
R为渠池上端的水力半径；
n为渠池慥率；
通过公式（6）计算出每个渠池过不同流量断面自由水深；
对于渠池的下游端，由于受下游控制工程影响，渠道水流呈恒定渐变流状态，因此，通过明槽恒定渐变流基本方程，即圣维南方程组推求各渠池下游端水位；恒定渐变流的基本微分方程可简化为：
Figure DEST_PATH_IMAGE128
（7）
Figure DEST_PATH_IMAGE130
（8）
式中： i为底坡；
J为水力坡度；
Fr为弗劳德数；
Q为流量；
A为过水断面面积；
B为水面宽；
g为重力加速度；
α为常数；
渠池水流演进分为自由水深段和淹没水深段，当渠池计算水深大于自由水深时渠池为淹没水深段，当渠池水深等于自由水深时为自由水深段；渠池上游为自由水深段，下游为淹没水深段；
通过公式（7）、（8）推求不同流量下渠池下游端水面线，不同流量下渠池上游端水面与渠池下游端水面相交，交点以上取上游端水面线，交点以下取下游端水面线，形成渠池水面线；
S6.2，将所述渠池水面线分为自由水深段、淹没水深段两个部分，渠池上游为自由水深段而下游为淹没水深段，所述自由水深段由公式（6）推求水面线，所述淹没水深段采用公式（7）、（8）联解推求水面线；
S6.3，自适应平衡的渠道模拟算法：
以渠池为单元，对全线的渠池状态按时间进行离散，即以全线渠道初始运行状态为初始条件，按照各闸门调度方案，以△t为计算时段，模拟计算一天全线渠池运行状态；
模拟计算时，每个渠池上游端闸后水位由过闸流量确定，每个渠池下游端闸前水位由渠池蓄量变化来确定；模拟计算时一天24小时按∆t时段进行离散；按照确定的调度方案进行渠道控制工程的调度，每个∆t时段，各闸门开度由调度方案给出；即：
S6.3.1，首先假定∆t时段所有渠池上游闸前水位不变，通过过闸流量公式及水位流量关系曲线确定渠池∆t时段上游工程进入渠池的流量Qs及每个节制闸下游水位；
S6.3.2，渠池∆t时段内上游进入渠池的水量为W1=Q_s×∆t，渠池∆t时段内下游出渠池的水量为W2=Q_x×∆t，∆t时段渠池蓄量变化为∆W=W1-W2；∆t时段末，保持每个渠池上游端水位不变，改变渠池下游端水位，每改变一次水位，通过公式（6）、（7）推求一次渠池水面线，计算一次蓄量变化；当渠池下游端水位变化引起的渠池蓄量变化正好等于所述∆W时，渠池下游水位即为∆t时段末渠池下游端水位；
S6.3.3，依次类推，推求每个∆t时段初及∆t时段末全线所有渠池闸前水位、闸后水位、∆t时段平均过闸流量、渠池蓄量。

Claims (1)

1.一种长距离明渠输水工程同步控制自适应平衡调度方法，其特征在于：包括下述步骤：
S1，构建渠道数字模型：
对全线渠道进行数字化处理，即按所述全线渠道节制闸对象、渠池对象、分水闸对象，分别对所述节制闸、渠池、分水闸进行数字化，构建长距离明渠输水工程数字模型；
S2，获取渠道运行状态数据：
通过现有自动化监控手段获取全线渠道运行状态数据，包括渠道上所有的节制闸、分水闸的开度、闸前和闸后水位、过闸流量；
S3，确定节制闸、分水闸的过流计算方法：
选用通用孔流计算公式，同时在所述通用孔流计算公式中把堰流状态作为特殊的孔流来处理，用于解决连续性问题；通用孔流计算公式见下式：
Figure 995017DEST_PATH_IMAGE001
（1）
其中：
Figure 942114DEST_PATH_IMAGE002
为流量系数，通过实测资料进行率定；
Figure 287776DEST_PATH_IMAGE003
为过闸流量；
Figure 112774DEST_PATH_IMAGE004
为闸门总宽度；
Figure 906287DEST_PATH_IMAGE005
为闸门综合开度；
Figure 994591DEST_PATH_IMAGE006
为闸门上游水位；
Figure 342396DEST_PATH_IMAGE007
为闸门下游水位；
Figure 925080DEST_PATH_IMAGE008
为过闸平均流速；
Figure 780954DEST_PATH_IMAGE009
为水下过闸断面的面积；
所述堰流采用公式（1）时，将闸门的综合开度变为闸门上游水位减去闸底板高程
Figure 69853DEST_PATH_IMAGE010
，见下式：
Figure 406419DEST_PATH_IMAGE011
（1.1）
其中：
Figure 9439DEST_PATH_IMAGE002
为流量系数；
Figure 997117DEST_PATH_IMAGE012
为过闸流量；
Figure 364907DEST_PATH_IMAGE013
为闸门总宽度；
Figure 906878DEST_PATH_IMAGE014
为闸底板高程；
Figure 375905DEST_PATH_IMAGE015
为闸门上游水位；
Figure 968823DEST_PATH_IMAGE016
为闸门下游水位；
Figure 287940DEST_PATH_IMAGE017
为过闸平均流速；
S4，确定调度控制目标：
所述调度控制目标包括：沿线渠道各分水口的用水量需求和各节制闸的闸前目标控制水位；
S5，长距离明渠输水工程同步控制指令生成方法：
从最末端渠池开始，根据调度控制目标逐渠池推求平衡状态各渠池流量及水面线，按每个渠池初始状态与平衡状态蓄量差计算得到每个渠池的蓄量补偿量，然后按照公式（2）和公式（3）自渠道下游至上游推求每个节制闸的过流量，通过公式（2）、（3）确定每个节制闸的目标过流量；根据每个节制闸的闸前目标水位及平衡状态闸后水位、所述节制闸的目标过流量，通过过闸流量公式（1）、（1.1）计算每个节制闸的闸门开度；通过改变每个渠池下游节制闸的闸前目标控制水位及每个渠池平衡时间，得到不同的同步控制指令；
Figure 300895DEST_PATH_IMAGE018
（2）
Figure 809499DEST_PATH_IMAGE019
（3）
式中：
Figure 755459DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 105249DEST_PATH_IMAGE021
分别表示第 j个渠池上、下游节制闸过流量；
Figure 638123DEST_PATH_IMAGE022
：表示第 j个渠池所有分水闸的分水流量之和；
Figure 652216DEST_PATH_IMAGE023
：表示第 j个渠池损失量；
Figure 804412DEST_PATH_IMAGE024
：表示第 j个渠池运行稳定后渠池目标蓄量与渠池初始蓄量的差值；
Figure 714599DEST_PATH_IMAGE025
：表示第 j个渠池上游节制闸最大过流能力；
N：为整个输水渠道节制闸的总数;
Figure 249617DEST_PATH_IMAGE026
为第j个渠池平衡时间；
S6，渠道自适应平衡的模拟算法：
通过同步调整各渠池节制闸的开度，形成不同的渠道输水形态来满足沿线用户用水需求；具体步骤如下：
S6.1，自适应平衡调度水面线计算：
水流在渠池演进遵循水力学基本规律，水力学中描述明槽非恒定流运动规律以断面水深z和流量Q为因变量表示的圣维南方程组：
Figure 506548DEST_PATH_IMAGE027
（4）
Figure 318777DEST_PATH_IMAGE028
（5）
式中：B为水面宽；
t表示时间；
s表示流程；
Q表示流量；
q表示入流或引水；
A表示过水断面面积，K表示流量模数；
在明渠输水过程中，各渠池上游端属于恒定均匀流，渠池下游端属于恒定渐变流；对于恒定均匀流采用曼宁公式计算不同流量的水位；
明渠恒定均匀流的流量公式：
Figure 162317DEST_PATH_IMAGE029
（6）
其中： Q s 为渠池上端过流量；
A s 为渠池上端过流断面的面积；
i为渠池的纵比降；
R为渠池上端的水力半径；
n为渠池慥率；
通过公式（6）计算出每个渠池过不同流量断面自由水深；
对于渠池下游端，由于受下游控制工程影响，渠道水流呈恒定渐变流状态，因此，通过明槽恒定渐变流基本方程，即圣维南方程组推求各渠池下游端水位；恒定渐变流的基本微分方程可简化为：
Figure 168319DEST_PATH_IMAGE030
（7）
Figure 743788DEST_PATH_IMAGE031
（8）
式中： i:为渠池的纵比降；
e:渠道沿程距离；
J:为水力坡度；
Fr:为弗劳德数；
Q x :为渠池下端过流量；
A x :为渠池下端过流断面的面积；
B:为水面宽；
g:为重力加速度；
a:为常数；
渠池水流演进分为自由水深段和淹没水深段，当渠池计算水深大于自由水深时渠池为淹没水深段，当渠池水深等于自由水深时为自由水深段；渠池上游为自由水深段、下游为淹没水深段；
通过公式（7）、（8）推求不同流量下渠池下游端水面线，不同流量下渠池上游端水面与渠池下游端水面相交，交点以上取上游端水面线，交点以下取下游端水面线，形成渠池水面线；
S6.2，将所述渠池水面线分为自由水深段、淹没水深段两个部分，渠池上游为自由水深段而下游为淹没水深段，所述自由水深段由公式（6）推求水面线，所述淹没水深段采用公式（7）、（8）联解推求水面线；
S6.3，自适应平衡的渠道模拟算法：
以渠池为单元，对全线的渠池状态按时间进行离散，即以全线渠道初始运行状态为初始条件，按照各闸门调度方案，以△t为计算时段，模拟计算一天全线渠池运行状态；
模拟计算时，每个渠池上游端闸后水位由过闸流量确定，每个渠池下游端闸前水位由渠池蓄量变化来确定；模拟计算时一天24小时按∆t时段进行离散；按照确定的调度方案进行渠道控制工程的调度，每个∆t时段，各闸门开度由调度方案给出；即：
S6.3.1，首先假定∆t时段所有渠池上游闸前水位不变，通过过闸流量公式及水位流量关系曲线确定渠池∆t时段上游工程进入渠池的流量Q_s和渠池下游工程出渠池的流量Q_x及每个节制闸下游水位；
S6.3.2，渠池∆t时段内上游进入渠池的水量为W1=Q_s×∆t，渠池∆t时段内下游出渠池的水量为W2=Q_x×∆t，∆t时段渠池蓄量变化为∆W=W1-W2；∆t时段末，保持每个渠池上游端水位不变，改变渠池下游端水位，每改变一次水位，通过公式（6）、（7）推求一次渠池水面线，计算一次蓄量变化；当渠池下游端水位变化引起的渠池蓄量变化正好等于所述∆W时，渠池下游水位即为∆t时段末渠池下游端水位；
S6.3.3，依次类推，推求每个∆t时段初及∆t时段末全线所有渠池闸前水位、闸后水位、∆t时段平均过闸流量、渠池蓄量。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111340350B (zh) * 2020-02-21 2020-10-16 中国水利水电科学研究院 长距离输水渠道实现渠道局部水力冲刷的闸门群调控方法
CN111784536B (zh) * 2020-07-01 2022-05-13 中国水利水电科学研究院 一种明渠中依据实测水位变化情况估计水位超限时间的方法
CN111882181B (zh) * 2020-07-10 2023-09-29 黄河水利委员会黄河水利科学研究院 一种用于输水渠道自动控制算法中水位约束参数的定量计算方法
CN111783369B (zh) * 2020-07-22 2024-01-26 中国水利水电科学研究院 一种多闸群明渠调水工程的短期多目标优化调度方法
CN112114595B (zh) * 2020-08-14 2023-01-24 黄河水利委员会黄河水利科学研究院 一种渠道控制中恒定流区分水扰动的处理方法
CN112215461B (zh) * 2020-09-03 2022-08-19 长江勘测规划设计研究有限责任公司 长距离引调水工程输水调度状态分析及预警系统
CN112301962B (zh) * 2020-10-21 2021-12-17 长江勘测规划设计研究有限责任公司 一种不影响正常供水的大型引调水工程过流能力提升方法
CN113093531B (zh) * 2021-03-01 2022-03-15 武汉大学 一种基于模型预测控制的大型管-渠结合系统应急调度控制方法
CN113779671B (zh) * 2021-08-27 2022-03-25 中国水利水电科学研究院 一种基于时空步长自适应技术的明渠调水工程水动力实时计算方法
CN116400763B (zh) * 2023-05-19 2023-09-01 长江水利委员会长江科学院 一种冬季输水明渠动态控制方法
CN117829036B (zh) * 2024-03-05 2024-05-14 江西省水利科学院(江西省大坝安全管理中心、江西省水资源管理中心) 一种通过cfd确定t型分汊明渠下游支渠流量的方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4238830A1 (de) * 1992-11-17 1994-05-19 Anton Felder Verfahren zum hydraulischen Verzweigen einer offenen Strömung sowie hydraulisch arbeitende Kanalverzweigung
DE102004031198A1 (de) * 2004-06-28 2006-01-19 Klaus-Dieter Hartmann Verfahren zur/zum Aufarbeitung, Transport und Verarbeitung von Materialien mit Hilfe eines entwickelten Verbaugerätes im Bereich des Kanalbaus (Deckwerk), in der Böschungssicherung und im Bereich des Bergbaus
KR20100044505A (ko) * 2008-10-22 2010-04-30 한국전력공사 발전소 배수로의 거품발생 방지용 수로구조
CN102191758A (zh) * 2011-04-02 2011-09-21 中国水利水电科学研究院 一种明渠倒虹吸水位自动控制方法和系统
CN105844417A (zh) * 2016-03-29 2016-08-10 黄河勘测规划设计有限公司 长距离输水工程运行监视平台的建设方法
CN106383923A (zh) * 2016-07-18 2017-02-08 河海大学 一种山区河道生态径流的计算及应用方法
CN106647289A (zh) * 2017-03-06 2017-05-10 武汉大学 明渠输水调度闸门延时启闭时间的前馈控制方法
CN106874622A (zh) * 2017-03-13 2017-06-20 中国水利水电科学研究院 一种串联多渠池闸门过闸流量系数率定方法
CN108385599A (zh) * 2018-04-08 2018-08-10 武汉大学 一种以耦合水位差作为被控量的输水明渠渠系运行方式
CN108519783A (zh) * 2018-03-30 2018-09-11 武汉大学 基于渠池蓄量平衡的闸前控制点变目标水位控制系统及模式
CN108643114A (zh) * 2018-03-06 2018-10-12 河海大学 一种闸控条件下的分汊河道水资源调度方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4238830A1 (de) * 1992-11-17 1994-05-19 Anton Felder Verfahren zum hydraulischen Verzweigen einer offenen Strömung sowie hydraulisch arbeitende Kanalverzweigung
DE102004031198A1 (de) * 2004-06-28 2006-01-19 Klaus-Dieter Hartmann Verfahren zur/zum Aufarbeitung, Transport und Verarbeitung von Materialien mit Hilfe eines entwickelten Verbaugerätes im Bereich des Kanalbaus (Deckwerk), in der Böschungssicherung und im Bereich des Bergbaus
KR20100044505A (ko) * 2008-10-22 2010-04-30 한국전력공사 발전소 배수로의 거품발생 방지용 수로구조
CN102191758A (zh) * 2011-04-02 2011-09-21 中国水利水电科学研究院 一种明渠倒虹吸水位自动控制方法和系统
CN105844417A (zh) * 2016-03-29 2016-08-10 黄河勘测规划设计有限公司 长距离输水工程运行监视平台的建设方法
CN106383923A (zh) * 2016-07-18 2017-02-08 河海大学 一种山区河道生态径流的计算及应用方法
CN106647289A (zh) * 2017-03-06 2017-05-10 武汉大学 明渠输水调度闸门延时启闭时间的前馈控制方法
CN106874622A (zh) * 2017-03-13 2017-06-20 中国水利水电科学研究院 一种串联多渠池闸门过闸流量系数率定方法
CN108643114A (zh) * 2018-03-06 2018-10-12 河海大学 一种闸控条件下的分汊河道水资源调度方法
CN108519783A (zh) * 2018-03-30 2018-09-11 武汉大学 基于渠池蓄量平衡的闸前控制点变目标水位控制系统及模式
CN108385599A (zh) * 2018-04-08 2018-08-10 武汉大学 一种以耦合水位差作为被控量的输水明渠渠系运行方式

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
长距离明渠调水工程数值仿真平台研究;郭晓晨等;《南水北调与水利科技》;20091031;第7卷(第5期);第15-19页 *

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