CN113128068A - 长距离明渠输水工程确定性突发水污染事件应急调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了长距离明渠输水工程确定性突发水污染事件应急调控方法，包括如下步骤:S1、依据长距离明渠输水工程调控情况，对应急调控模型功能的划分；S2、根据事故渠段中退水闸和下游节制闸两者流量之间的大小关系，确定事故上游段各节制闸的来流量；S3、利用污染物快速预测公式，确定退水闸开启的时间节点T1和污染水体的持续退出时间T2以及污染水体的水量V；S4、比较事故段下游首个渠池的蓄量与下游分水之间的关系，确定下游分水的调控情，本发明所述的调控方法以长距离明渠输水工程确定性突发水污染事件为研究对象，能为突发污染事件就实现确定性突发污染物的精准高效退出和下游安全供水保障率的提高提供一定的科学依据和技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及突发事件应急管理技术领域，具体为长距离明渠输水工程确定性突发水污染事件应急调控方法。
背景技术
根据突发水污染事件基本信息是否可知，突发水污染事件可分为确定性突发事件和非确定性突发事件：
(1)确定性突发水污染事件是指可以准确获得污染物的基本信息，包括污染源位置、发生时间、污染量级、污染范围，因此针对该类型突发水污染事件，只需根据已知污染源的信息进行调控；
(2)非确定性突发水污染事件就是指不能准确获得污染事件的基本信息，包括污染源位置、发生时间、污染量级，因此针对该类型突发水污染事件，需要先进行污染事件源头反向溯源，然后再按照已知污染源信息的步骤进行调控；
突发水污染事件应急调控主要是确定并控制污染物的影响范围，并为污染处置提供水力条件，达到降低事件影响损失的目的，突发水污染事件应急处置通常包括：源头溯源、发展预测、应急调控，对于确定性的水污染事件，其应急处置只需要开展发展预测和应急调控，而对于非确定性的水污染事件，则需要先进行源头溯源，再进行发展预测和应急调控；
目前的水污染事件应急处置主要是以情景生成与模拟的方式来匹配当前突发水污染事件，进而给出对污染事件处置的相对最优方案，主要侧重于对确定性污染事件的发展预测，对于确定性污染事件的应急调控没有较为具体的阐述，因而，需要提供一种能精准处理确定性污染事件的应急调控方法。
发明内容
本发明提供长距离明渠输水工程确定性突发水污染事件应急调控方法，可以有效解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：长距离明渠输水工程确定性突发水污染事件应急调控方法，包括如下步骤:
S1、依据长距离明渠输水工程调控情况，对应急调控模型功能的划分；
S2、根据事故渠段中退水闸和下游节制闸两者流量之间的大小关系，确定事故上游段各节制闸的来流量；
S3、利用污染物快速预测公式，确定退水闸开启的时间节点T1和污染水体的持续退出时间T2以及污染水体的水量V；
S4、比较事故段下游首个渠池的蓄量与下游分水之间的关系，确定下游分水的调控情况。
根据上述技术方案，所述S1中将长距离输水工程的应急调控分为3大块：事故上游段调控、事故段调控和事故下游段调控。
根据上述技术方案，所述S2中对于事故上游段为比较事故渠池中的下游节制闸的实时流量和退水闸的设计流量；
退水闸的设计流量大于下游节制闸的过闸流量，则事故上游段各节制闸的闸门不必调节；
退水闸的设计流量小于下游节制闸的过闸流量，则需根据下游节制闸和退水闸的流量差值对事故上游段各节制闸的来流量整体地进行相应地调减。
根据上述技术方案，所述S3中事故段调控步骤如下：
a.计算退水闸开启的时间节点T1：
根据污染物快速预测公式，计算方式如式(1)、(2)和(3)所示，利用牛顿迭代法，计算扩散后的污染物前锋到达污染物下游首个退水闸前一定安全距离所用的时间T1，此时，开启对应的下游退水闸，将当前退水闸对应的首个下游节制闸完全关闭；
b.计算污染水体的持续退出时间T2：
将上述步骤a计算所得的T1带入计算式b中，即可算出污染水体的水量V，污染水体的水量和下游退水闸的设计流量之比即为污染水体从退水闸完全退出所需的时间T2，同时这也是下游节制闸关闭持续的时间；
污染物快速预测公式如下所示：
式中：L为污染源距离退水闸的距离m；
v为渠池的平均流速m/s，采用v＝Q/A；
M为瞬时投放的污染物总量g；
DL为弥散系数m2/s；
m为自定义倍数，通常采用m＝1；
B为渠段宽度m；
h为平均水深m；
J为水力梯度。
根据上述技术方案，所述S4中对于事故下游段，在下游节制闸的关闭时间内，判断事故段下游首个渠池的蓄量与下游分水之间的关系；
具体为在下游节制闸的关闭时间内，事故段下游首个渠池的蓄量可以满足下游分水的总体需求，则下游分水口不用进行调控，正常供水，保持现状即可；
反之，则应对下游每个分水口考虑各自的实际供水需求和各自调控能力，对各分水口进行分级保障供水。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明所述的调控方法以长距离明渠输水工程确定性突发水污染事件为研究对象，能为突发污染事件就实现确定性突发污染物的精准高效退出和下游安全供水保障率的提高提供一定的科学依据和技术支撑，还具备以下效果：
1、本发明则可以详尽地进行中线各种确定性突发污染事件的模拟，为情景匹配提供最为全面的方案库；
2、所提方法与传统方法相比，能较为精确地模拟污染事件，可以有效减少事故段退水闸产生的弃水量；
3、所提方法与传统方法相比，提高了下游安全供水的保障率。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1是本发明的长距离明渠输水工程突发水污染事件中渠段的划分示意图；
图2是本发明的实施例渠段的计算简图；
图3是本发明的确定性突发污染事件应急调控策略示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：如图1-3所示，本发明提供技术方案，假设南水北调中线陶岔渠首的输入流量为351.68m3/s，刁河渡槽进口节制闸到湍河渡槽进口节制闸发生水污染事故，水污染方式为瞬时点源污染，污染发生在刁河渡槽进口节制闸的闸后，污染物为假设的不可降解物，污染量为105g；
两节制闸之间有一个湍河退水闸，湍河退水闸的设计流量为175m3/s，开始开启退水闸和关闭节制闸的时间节点选为污染物前锋到达湍河退水闸前500m；
应急调控的基本数据选取如表1所示：
表1应急调控的基本数据
由于长距离明渠输水工程是一个多级闸门串联的明渠工程，因此对于突发水污染来说，应急调控时不仅要对事故渠段进行调控，还需考虑事故渠道上、下游段的调控；
因此，将应急调控模型的功能分为3大块：事故上游段调控、事故段调控和事故下游段调控。
就三部分应急调控而言，具体阐述如下：
1、刁河到湍河事故上游段调控：
对于事故上游段，在湍河渡槽进口节制闸完全关闭的情况下，应明确刁河渡槽进口节制闸的来流量，具体做法为比较刁河到湍河事故渠段中湍河渡槽进口节制闸的实时流量(314.35m3/s)和湍河退水闸的设计流量(175m3/s)，由于湍河退水闸的设计流量小于湍河渡槽进口节制闸的实时流量，因而需要根据湍河渡槽进口节制闸和湍河退水闸的流量差值(139.35m3/s)对刁河渡槽进口节制闸的来流量相应调减139.35m3/s。
2、刁河到湍河事故渠段调控：
计算湍河退水闸开启的时间节点T1：
根据污染物快速预测公式，计算方式如式(1)、(2)和(3)所示，利用牛顿迭代法，计算污染物的前锋到达污染物下游湍河退水闸前500m所用的时间T1，此时，开启对应的湍河退水闸，将湍河退水闸对应的湍河渡槽进口节制闸完全关闭。
计算污染水体的持续退出时间T2：
将上述步骤(2-1)计算所得的T1带入计算式(2)中，即可算出污染水体的水量V，污染水体的水量和湍河渡槽进口节制闸的实时流量之比即为污染水体从湍河退水闸完全退出所需时间T2。
污染物快速预测公式如下所示：
式中：L为污染源距离湍河退水闸前500m的距离，m；v为刁河到湍河渠池的平均流速，m/s，采用v＝Q/A；M为瞬时投放的污染物总量，g，采用M＝100000g，；DL为弥散系数，m2/s；m为自定义倍数，通常取m＝1；B为刁河到湍河渠段的河渠宽度，m；h为平均水深，m；J为水力梯度；
具体数据如表2所示：
| 参数 | L(m) | Q(m<sup>3</sup>/s) | A(m<sup>2</sup>) | M(g) | B(m) | h(m) | J |
| 数值 | 21234 | 325.53 | 280 | 10<sup>5</sup> | 19 | 8 | 0.00004 |
表2事故段污染物快速预测相关数据
3.刁河到湍河事故下游段调控：
对于事故下游段，在污染水体的持续退出时间T2内，判断湍河到严陵河的蓄量与下游分水(T2与各个分水口分水流量的乘积)之间的关系，具体为在污染水体的持续退出时间T2内，倘若湍河到严陵河的蓄量可以满足下游分水的总体需求，则下游分水口不用进行调控，正常供水，保持现状即可；反之，则应对下游每个分水口考虑各自的实际供水需求和各自调节能力，进行分级保障供水。
陶岔渠首输入流量为351.68m3/s时的全线分水口分水流量情况如表3所示：
表3陶岔渠首输入流量为351.68m3/s时的全线分水口分水流量方案结果数据：
方案计算结果数据见表4。
表4方案计算数据表
当前方案下，三部分渠段的调控如下：
事故上游段：湍河渡槽进口节制闸的开度为零；事故上游段各节制闸的来流量相应地调减139.35m3/s(依据流量和开度之间的关系曲线，进行开度的调减)。
事故段：从污染发生算起，经3.30h，开启湍河退水闸，关闭湍河渡槽进口节制闸。
水量为11.28万m3的污染水体经1.79h通过湍河退水闸完全退出。
事故下游段：在污染水体的退出时间内，工程全部分水口的分水量为101.8936万m3，由模型计算湍河到严陵河渠池的蓄量为1827.9169万m3，蓄量远大于分水口所分得的水量，因而事故下游段节制闸不用进行调控。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.长距离明渠输水工程确定性突发水污染事件应急调控方法，其特征在于：包括如下步骤:
S1、依据长距离明渠输水工程调控情况，对应急调控模型功能的划分；
S2、根据事故渠段中退水闸和下游节制闸两者流量之间的大小关系，确定事故上游段各节制闸的来流量；
S3、利用污染物快速预测公式，确定退水闸开启的时间节点T1和污染水体的持续退出时间T2以及污染水体的水量V；
S4、比较事故段下游首个渠池的蓄量与下游分水之间的关系，确定下游分水的调控情况。
2.根据权利要求1所述的长距离明渠输水工程确定性突发水污染事件应急调控方法，其特征在于，所述S1中将长距离输水工程的应急调控分为3大块：事故上游段调控、事故段调控和事故下游段调控。
3.根据权利要求1所述的长距离明渠输水工程确定性突发水污染事件应急调控方法，其特征在于，所述S2中对于事故上游段为比较事故渠池中的下游节制闸的实时流量和退水闸的设计流量；
退水闸的设计流量大于下游节制闸的过闸流量，则事故上游段各节制闸的闸门不必调节；
退水闸的设计流量小于下游节制闸的过闸流量，则需根据下游节制闸和退水闸的流量差值对事故上游段各节制闸的来流量整体地进行相应地调减。
4.根据权利要求1所述的长距离明渠输水工程确定性突发水污染事件应急调控方法，其特征在于，所述S3中事故段调控步骤如下：
a.计算退水闸开启的时间节点T1：
根据污染物快速预测公式，计算方式如式(1)、(2)和(3)所示，利用牛顿迭代法，计算扩散后的污染物前锋到达污染物下游首个退水闸前一定安全距离所用的时间T1，此时，开启对应的下游退水闸，将当前退水闸对应的首个下游节制闸完全关闭；
b.计算污染水体的持续退出时间T2：
将上述步骤a计算所得的T1带入计算式b中，即可算出污染水体的水量V，污染水体的水量和下游退水闸的设计流量之比即为污染水体从退水闸完全退出所需的时间T2，同时这也是下游节制闸关闭持续的时间；
污染物快速预测公式如下所示：
式中：L为污染源距离退水闸的距离m；
v为渠池的平均流速m/s，采用v＝Q/A；
M为瞬时投放的污染物总量g；
DL为弥散系数m2/s；
m为自定义倍数，通常采用m＝1；
B为渠段宽度m；
h为平均水深m；
J为水力梯度。
5.根据权利要求4所述的长距离明渠输水工程确定性突发水污染事件应急调控方法，其特征在于，所述S4中对于事故下游段，在下游节制闸的关闭时间内，判断事故段下游首个渠池的蓄量与下游分水之间的关系；
具体为在下游节制闸的关闭时间内，事故段下游首个渠池的蓄量可以满足下游分水的总体需求，则下游分水口不用进行调控，正常供水，保持现状即可；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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