CN114743355B - 一种引水工程溃漏报警方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种引水工程溃漏报警方法及系统。所述方法包括：根据检测段的末端断面当前时点的流量，通过预设流量‑‑时间函数，计算出当前流量的水流过所述检测段全程所需的时间；将当前流量的水流过所述检测段全程所需的时间前所述检测段首端的流量与所述检测段的末端断面当前时点的流量进行比对，当两者差别大于预设的阈值时，发出报警信号。本发明通过各段流道首来端测点，将对应时间差所测流量进行比对，如果基本相等则证明没有问题，如果差别较大，判定为引水工程存在大量漏水情况，或有溃堤风险，及时报警或输出控制命令，通过人为干预，及时阻断水源同时采取抢救或转移措施，防止重大安全事故发生、避免造成经济损失及危害社会稳定。

Description

一种引水工程溃漏报警方法及系统
技术领域
本发明涉及水利水电工程技术领域，更具体地，涉及一种引水工程溃漏报警方法及系统。
背景技术
在水利水电工程、输引水工程等运行中流量较大，如果发生大量渗漏或溃堤，不但影响生产用水，容易形成溃堤或泥石流，特别是给下游造成人为的灾害，及时检测发现并处置，可以避免重大安全事故的发生或减小事故造成的损失。
由于现代施工技术成熟，许多大型、中型、小型的输引水工程，水电站的引水建筑工程穿越在祖国的山川河流之间，空间布置路径较长，一般都几公里或十几公里。由于引水流量大，许多部分水位较高，交通不便，由于自然灾害，许多地方巡视检查通道都不畅通，管理责任单位一般都只能安排人工，每月定期巡查的方式，排查安全隐患。存在的缺点主要是出现一定的渗漏无法在短时间内发现。
发明内容
提供了本发明以解决现有技术中存在的上述问题。本发明是一种引水工程溃漏报警方法及系统，以及时发现引水工程现现的险情并告警，通过人为的干预处置，及时抢险或转移人员，尽可能将问题消除在初期状态，最大限度的避免人员伤亡或重大经济损失。
本发明具体采用如下技术方案：
根据本发明的第一方案，提供一种引水工程溃漏报警方法，所述方法包括：根据检测段的末端断面当前时点的流量，通过预设流量--时间函数，计算出当前流量的水流过所述检测段全程所需的时间；将当前流量的水流过所述检测段全程所需的时间前所述检测段首端的流量与所述检测段的末端断面当前时点的流量进行比对，当两者差别大于预设的阈值时，发出报警信号。
根据本发明的第二方案，提供一种引水工程溃漏报警系统，所述系统多个流量流速测量装置、报警装置以及处理器，所述流量流速测量装置用于采集检测段的首端断面以及末端断面的流量，并馈送至所述处理器，所述处理器与所述报警装置信号连接，所述处理器配置为：根据检测段的末端断面当前时点的流量，通过预设流量--时间函数，计算出当前流量的水流过所述检测段全程所需的时间；将当前流量的水流过所述检测段全程所需的时间前所述检测段首端的流量与所述检测段的末端断面当前时点的流量进行比对，当两者差别大于预设的阈值时，控制所述报警装置发出报警信号。
根据本发明各个方案的引水工程溃漏报警方法及系统，通过各段流道首来端测点，将对应时间差所测流量进行比对，如果基本相等则证明没有问题，如果差别较大，判定为引水工程溃堤或大量漏水情况，及时报警或输出控制命令，通过人为干预，及时采取抢救或转移措施，防止重大安全事故和经济损失。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所发明的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
图1示出了根据本发明实施例的一种引水工程溃漏报警方法的流程图。
图2示出了根据本发明实施例的一种引水工程溃漏报警系统的结构简图。
图3示出了10m3/s流量时各段用时分布图。
图4示出了8m3/s流量时各段用时分布图。
图5示出了在9:04＇45＂的时候各断面流量数据。
图6示出了在9:10＇00＂的时候各断面流量数据。
图7示出了在9:15＇15＂的时候各断面流量数据。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本发明的实施例作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。本文中所描述的各个步骤，如果彼此之间没有前后关系的必要性，则本文中作为示例对其进行描述的次序不应视为限制，本领域技术人员应知道可以对其进行顺序调整，只要不破坏其彼此之间的逻辑性导致整个流程无法实现即可。
图1示出了根据本发明实施例的一种引水工程溃漏报警方法的流程图。本发明实施例提供一种引水工程溃漏报警方法。如图1所示，该方法始于步骤S100，根据检测段的末端断面当前时点的流量，通过预设流量--时间函数，计算出当前流量的水流过所述检测段全程所需的时间；
在步骤S200，将当前流量的水流过所述检测段全程所需的时间前所述检测段首端的流量与所述检测段的末端断面当前时点的流量进行比对，当两者差别大于预设的阈值时，发出报警信号。
需要说明的是，本文中所述的“检测段”主要指的是具有固定参数的流道，固定参数具体表示的是参数值固定不变。固定参数至少包括断面尺寸、糙率、底坡坡降中的一种及其组合。
本发明实施例利用由于在一段参数固定(断面尺寸、糙率、底坡坡降不变)的封闭流道内，流量相等的水在不同时间流过该段流道，所用的时间基本相等特点。在已知这段流道基本参数的情况下，用科学计算法结合实测法得出不同流量的水，流过这段流道所需时间，并建立本段流道内的流量--时间函数。只要测出本段末端断面当前时点的流量，通过本段流道的流量--时间函数，计算出该流量的水流过本段流道全程需要的时间△T。通过调取当前时点的△T时段前本段流道首端测得的流量。如果两者基本相等则证明该段流道无异常，如果差别较大，则判断为该段流道存在大量漏水，立即告警“XXX段流道出现渗漏”。采用同样的方法，可以将整个引水建筑实时监测起来，任意段流道发生渗漏都能及时判断出来，并及时告警，起到监控引水建筑全程安全的作用。
所述流量--时间函数，具体指的是流量/流速和以该流量/流速流过检测段所需时间之间的表达式。该表达式可以是表格形式或者公式关系。
示例性的，当流量--时间函数以表格形式体现时，通过实测记录各个不同流量情况下水流通过检测段的时间△T构建表格，例如以0.5m3/s或者0.1m3/s或者1m3/s或者0.02m3/s为一个梯度分别测出在0-(10-50)m3/s的各个流量通过检测段的时间△T构建表格。基于该表格，选择表格中的一个与检测段的末端断面当前时点的流量最接近的流量值所对应的△T作为当前流量的水流过所述检测段全程所需的时间。
示例性的，当流量--时间函数以公式关系体现时，以同样的方法通过实测记录各个不同流量情况下水流通过检测段的时间△T，例如以0.5m3/s或者0.1m3/s或者1m3/s或者0.02m3/s为一个梯度分别测出在0-(10-50)m3/s的各个流量通过检测段的时间。基于记录得到的数据，利用机器学习方法构建线性回归函数，△T＝w'x+e，其中x表示流量，w'表示流量与水流通过检测段的时间的关系系数，e表示误差参数，w'和e通过实测得到的各个流量情况及其对应的水流通过检测段的时间△T结合现有的机器学习方法来确定。
在一些实施例中，将当前流量的水流过所述检测段全程所需的时间前所述检测段首端的流量与所述检测段的末端断面当前时点的流量相减后取绝对值得到第一差别值，当所述第一差别值大于预设的第一阈值时，发出报警信号。
在一些实施例中，将当前流量的水流过所述检测段全程所需的时间前所述检测段首端的流量与所述检测段的末端断面当前时点的流量相除后得到第二差别值，当所述第二差别值大于预设的第二阈值时，发出报警信号。
本发明实施例还提供了一种引水工程溃漏报警系统。所述系统包括多个流量流速测量装置、报警装置以及处理器，所述流量流速测量装置用于采集检测段的首端断面以及末端断面的流量，并馈送至所述处理器，所述处理器与所述报警装置信号连接。仅作为示例，图2示出了根据本发明实施例的一种引水工程溃漏报警系统的结构简图。如图2所示，处理器可以选择工控机，通过通讯线连接通讯设备，通讯设备通过通讯线连接各个流量流速测量装置。
所述处理器配置为：根据检测段的末端断面当前时点的流量，通过预设流量--时间函数，计算出当前流量的水流过所述检测段全程所需的时间；将当前流量的水流过所述检测段全程所需的时间前所述检测段首端的流量与所述检测段的末端断面当前时点的流量进行比对，当两者差别大于预设的阈值时，控制所述报警装置发出报警信号。
流量流速测量装置至少包括流速传感器、流量传感器中的一种及其组合。
需要说明的是，处理器可以是包括一个以上通用处理设备的处理设备，诸如微处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)等。更具体地，处理器203可以是复杂指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器、运行其他指令集的处理器或运行指令集的组合的处理器。处理器203还可以是一个以上专用处理设备，诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、片上系统(SoC)等。
处理器203可以通信地耦合到存储器并且被配置为执行存储在其上的计算机可执行指令，以执行根据本发明各个实施例的引水工程溃漏报警方法。
在一些实施例中，实测不同流量的水流过所述检测段所需时间，构建所述预设流量--时间函数。
在一些实施例中，所述处理器203进一步配置为将当前流量的水流过所述检测段全程所需的时间前所述检测段首端的流量与所述检测段的末端断面当前时点的流量相减后取绝对值得到第一差别值，当所述第一差别值大于预设的第一阈值时，控制所述报警装置发出报警信号。
在一些实施例中，所述处理器203进一步配置为将当前流量的水流过所述检测段全程所需的时间前所述检测段首端的流量与所述检测段的末端断面当前时点的流量相除后得到第二差别值，当所述第二差别值大于预设的第二阈值时，控制所述报警装置发出报警信号。
在一些实施例中，所述检测段是固定参数的流道，所述固定参数包括断面尺寸、糙率和底坡坡降。
本发明各个实施例所述的引水工程溃漏报警系统在效果上和引水工程溃漏报警方法一致，在此不赘述。
下面本发明实施例将结合具体的实验以充分说明本发明的可行性和进步性。
假定引水明渠长5km，断面尺寸为矩形，底宽5m，高度为3m，边墙及底板均采用C20砼，糙率取0.016，底坡坡降i＝0.001，渠道引用流量10m3/s的等断面、等坡降引水明渠，每间隔1km安装一个测量装置(6个点测量点分别为A、B、C、D、E、F)，通过通汛传递到厂区控制室，并通过科学计算结合实测法确定各段面所需时间。
明渠均匀流公式：
式中：Q——流量，m3/s；R——水力半径，m；i——渠道纵坡；A——过水断面面积，m2；n——曼宁系数。
引用流量10m3/s，按照明渠均匀流进行计算，该渠道流速水深H＝1.18m，V＝1.70m/s。当10m3/s时测量流过各段流道所需要的时间△Tab＝△Tbc＝△Tcd＝△Tde＝△ef,均为9分48秒(如图3所示)。
引用流量8m3/s，按照明渠均匀流进行计算，该渠道流速V＝1.59m/s，水深H＝1.01m。8m3/s时测量流过各段流道所需要的时间△Tab＝△Tbc＝△Tcd＝△Tde＝△ef,均为本段用时10分30秒(如图4所示)。
在9:04＇45＂全程以10m3/s的流量输水，各测点所测流量值均为10m3/s(如图5所示)。9:10＇00＂在CD段中点发生溃漏，流量为2m3/s，此时各测点所测流量值均为10m3/s(如图6所示)。9:15＇15＂各测点所测流量值中D点为8m3/s，其它均为10m3/s(如图7所示)。由于此时CD段的末端测得数据为8m3/s，对应流量从本段首端C点流量到D点所需时间为10分30秒，根据系统记忆调取数据9:04＇45＂(10分30秒前)C点断面为10m3/s，两都数据比较出现较大差异，系统判断为本段流道存在漏水情况，立即发出警报。也就说9:10＇00＂在CD段的中点发生溃漏，9:15＇15＂系统就可以警报。可见从出现溃漏到发出报警时间之间只有5分钟15秒，与每月巡查一次，才发现故障相比，在技术手段上本发明具有质的飞越。
综上所述，本发明应当至少具备以下优点；
1、充分利用工程建设施工期间留下的临时施工支洞，各分支沟进水口，露天的引水渠等合理布置测量断面，充分利用原有通汛设施，投资不大；
2、由于实时监测，很快发现缺陷；科学分析，准确判断，能及时报告事故发生的位置，避免了全程巡查，节省了人力物力，缩短了事故处理时间，避免或降低事故造成损失。
3、由于全程流量实时测量，能接入监控系统，正常运行时，工作人员可以预知将来一定时间内可以利用的流量，可以提前预判所需的操作，提高运行效率。
此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本发明的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。
以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本发明。这不应解释为一种不要求保护的发明的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本发明的主题可以少于特定的发明的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。

Claims (4)

1.一种引水工程溃漏报警方法，其特征在于，所述方法包括：
根据检测段的末端断面当前时点的流量，通过预设流量--时间函数，计算出当前流量的水流过所述检测段全程所需的时间；
将当前流量的水流过所述检测段全程所需的时间前所述检测段首端的流量与所述检测段的末端断面当前时点的流量进行比对，当两者差别大于预设的阈值时，发出报警信号；
通过如下方法构建所述预设流量--时间函数：
实测不同流量的水流过所述检测段所需时间，构建所述预设流量--时间函数；
根据所述流量--时间函数确定△T的具体方法为：
通过实测记录各个不同流量情况下水流通过检测段的时间△T，以0.5m3/s或0.1m3/s或1m3/s或0.02m3/s为一个梯度分别测出在0-50m3/s的各个流量通过检测段的时间，基于记录得到的数据，利用机器学习方法构建线性回归函数，△T＝w'x+e，其中x表示流量，w'表示流量与水流通过检测段的时间的关系系数，e表示误差参数，w'和e通过实测得到的各个流量情况及其对应的水流通过检测段的时间△T结合机器学习方法来确定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测段是固定参数的流道，所述固定参数包括断面尺寸、糙率和底坡坡降。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将当前流量的水流过所述检测段全程所需的时间前所述检测段首端的流量与所述检测段的末端断面当前时点的流量进行比对，当两者差别大于预设的阈值时，发出报警信号，包括：
将当前流量的水流过所述检测段全程所需的时间前所述检测段首端的流量与所述检测段的末端断面当前时点的流量相减后取绝对值得到第一差别值，当所述第一差别值大于预设的第一阈值时，发出报警信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将当前流量的水流过所述检测段全程所需的时间前所述检测段首端的流量与所述检测段的末端断面当前时点的流量进行比对，当两者差别大于预设的阈值时，发出报警信号，包括：
将当前流量的水流过所述检测段全程所需的时间前所述检测段首端的流量与所述检测段的末端断面当前时点的流量相除后得到第二差别值，当所述第二差别值大于预设的第二阈值时，发出报警信号。
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GR01 Patent grant
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CB03 Change of inventor or designer information
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Inventor after: Liu Changjun

Inventor after: Li Aimin

Inventor after: Li Longbo

Inventor after: Cheng Yimiao

Inventor after: Wu Kebi

Inventor after: Zeng Hongliang

Inventor after: Lu Jiang

Inventor after: Luo Jiang

Inventor before: Liu Changjun

Inventor before: Li Aimin

Inventor before: Li Longbo

Inventor before: Cheng Yimiao

Inventor before: Wu Kebi

Inventor before: Zeng Hongliang

Inventor before: Lu Jiang

Inventor before: Luo Jiang