灌區(qū)全渠道閘門(mén)智能聯(lián)合調(diào)控系統(tǒng)研究與應(yīng)用

張景輝, 閆亞萍, 于樹(shù)利

(1.甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心,甘肅 白銀 730499; 2.東南大學(xué),江蘇 南京 211189;3.唐山現(xiàn)代工控技術(shù)有限公司,河北 唐山 063020)

景電灌區(qū)位于甘肅省中部地區(qū),河西走廊東端,騰格里沙漠南緣,北接內(nèi)蒙古自治區(qū)阿左旗,東臨黃河,控制灌溉面積100萬(wàn)畝。該灌區(qū)屬于干旱型大陸性氣候,干旱少雨、多風(fēng)沙,蒸發(fā)強(qiáng)烈,水資源極度匱乏。該灌區(qū)的灌溉水源取自黃河水,設(shè)計(jì)年提水量4.75×108m3。該灌區(qū)建有干、支、斗渠1 391條,總長(zhǎng)度2 422 km(含民勤輸水工程)。渠道系統(tǒng)復(fù)雜,各閘門(mén)、量水堰等監(jiān)控點(diǎn)覆蓋范圍廣、分布零散,造成人工調(diào)控工作量巨大,并存在閘門(mén)調(diào)控不及時(shí)、水量調(diào)配無(wú)技術(shù)支撐等問(wèn)題。歷經(jīng)多年改造建設(shè),景電灌區(qū)在通信網(wǎng)絡(luò)、地理信息、支撐平臺(tái)和管理軟件等方面均取得了一定的建設(shè)成效,但關(guān)于閘門(mén)聯(lián)動(dòng)控制、渠道水資源智能分配等灌區(qū)精細(xì)化運(yùn)行管理方面的研究還很少且處于初探階段。近年來(lái),國(guó)產(chǎn)自控閘門(mén)性能的提升和水利信息化數(shù)據(jù)的不斷積累為灌區(qū)全渠道閘門(mén)智能聯(lián)合調(diào)控系統(tǒng)[1]的發(fā)展創(chuàng)造了更好的條件。因此,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)該系統(tǒng)的應(yīng)用研究。

截至目前,已在選取的試點(diǎn)段(干渠渠首、干渠入支渠分水口、支取入斗渠分水口)分別進(jìn)行了閘門(mén)改造,并根據(jù)水閘級(jí)別和規(guī)模分別配備了閘門(mén)自動(dòng)化控制系統(tǒng),安裝了一體化閘門(mén)測(cè)控系統(tǒng)[2-3]。通過(guò)將手動(dòng)閘門(mén)啟閉機(jī)替換為電動(dòng)閘門(mén)啟閉機(jī),安裝閘位傳感器、后堰槽水位計(jì)、智能控制器和限位保護(hù)裝置,使閘門(mén)具備信息自動(dòng)采集、現(xiàn)地/遠(yuǎn)程自動(dòng)控制功能,并通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與灌區(qū)數(shù)據(jù)中心的軟件進(jìn)行通信[4]。本文以現(xiàn)有閘門(mén)測(cè)控設(shè)施為基礎(chǔ),研究建立了閘群智能聯(lián)合調(diào)控系統(tǒng)?；谡{(diào)控模擬計(jì)算結(jié)果,向閘門(mén)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)反饋調(diào)控指令,從而實(shí)現(xiàn)定閘位、恒流量和恒水位等不同模式下的閘門(mén)控制。研究成果可推動(dòng)灌區(qū)提水工程控制與水資源調(diào)配的深度耦合,動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)閘群優(yōu)化調(diào)控,推動(dòng)水資源精細(xì)化和科學(xué)化管理。

1 總體設(shè)計(jì)方案

利用多年信息化建設(shè)中積累的供水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),研究建立了一套集水量調(diào)配和閘門(mén)調(diào)控功能于一體的閘群智能聯(lián)合調(diào)度模型。通過(guò)平臺(tái)管理軟件的模擬計(jì)算,自動(dòng)生成調(diào)控方案,下發(fā)調(diào)控指令,進(jìn)而指導(dǎo)灌區(qū)干、支、斗渠全渠道閘門(mén)的智能聯(lián)合調(diào)控。

2 系統(tǒng)分項(xiàng)設(shè)計(jì)

景電灌區(qū)提水工程不僅承擔(dān)著農(nóng)業(yè)灌溉用水、城鎮(zhèn)生活用水、工業(yè)用水等用水需求,還為維持灌區(qū)內(nèi)環(huán)境良性動(dòng)態(tài)平衡以及保持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定提供生態(tài)保護(hù)用水。在農(nóng)業(yè)灌溉用水方面,灌區(qū)內(nèi)夏季種植的作物主要為小麥和大麥,秋季種植的作物為玉米。

村級(jí)用水戶(hù)協(xié)會(huì)依據(jù)實(shí)際種植作物的灌溉需求,向上級(jí)水管所按輪次提出用水申請(qǐng),水管所審核用水戶(hù)協(xié)會(huì)的用水申請(qǐng),并據(jù)此分配用水總量,編制輪次用水計(jì)劃。灌區(qū)管理員匯總輪次用水計(jì)劃,錄入閘門(mén)智能聯(lián)合調(diào)控系統(tǒng)管理軟件,管理軟件依據(jù)引水計(jì)劃、農(nóng)戶(hù)與斗口的綁定關(guān)系、支斗口渠系關(guān)系自動(dòng)編制配水方案。

在干支渠中,采用續(xù)灌方式進(jìn)行調(diào)控,即干渠向所有支渠同時(shí)配水;在支斗渠中,采用輪灌方式進(jìn)行調(diào)控,即支渠按預(yù)先劃分好的輪灌組逐一向斗渠配水。在灌區(qū)運(yùn)行中,當(dāng)水源不足時(shí),為減少干支渠的輸水損失,應(yīng)使渠道保持必要的工作水位,此時(shí)需實(shí)行輪灌調(diào)控;當(dāng)引水流量低于設(shè)計(jì)流量的40%～50%時(shí),干支渠也需實(shí)行輪灌調(diào)控[5]。

在管理軟件中,根據(jù)調(diào)度計(jì)劃及用水戶(hù)的用水需求,通過(guò)水量調(diào)配模型和閘門(mén)智能控制系統(tǒng),構(gòu)建閘群智能聯(lián)合調(diào)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)“按需供水”。通過(guò)軟件系統(tǒng)平臺(tái),可以實(shí)時(shí)獲取干渠、測(cè)水?dāng)嗝妗⒍房?、?jié)制閘、退水閘、泄洪口等位置的流量和水位數(shù)據(jù),并以水量配置結(jié)果為指導(dǎo),能實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制測(cè)控一體化閘門(mén)、節(jié)制閘、退水閘。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)調(diào)度計(jì)劃、相關(guān)設(shè)施的臨界值約束策略和用水戶(hù)的需求,實(shí)現(xiàn)了自上而下和自下而上相結(jié)合的智能調(diào)度和按需配水。

綜上所述,全渠道閘門(mén)智能調(diào)控系統(tǒng)[6]的建設(shè)不僅集成了全渠道的感知數(shù)據(jù),整合了控制系統(tǒng),形成了“全渠道量測(cè)控平臺(tái)”,還考慮了用水戶(hù)的需求,從而實(shí)現(xiàn)了水資源調(diào)度全鏈條、全流程的閉環(huán)管理。通過(guò)APP、公眾號(hào)、PC端訪(fǎng)問(wèn),系統(tǒng)接入用水協(xié)會(huì)的實(shí)時(shí)用水需求數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了需水和配水的動(dòng)態(tài)調(diào)整,形成了互為聯(lián)動(dòng)的體系,為“按需供水”建立了輸入條件。

2.1 水量調(diào)配模型

當(dāng)引水量低于需求量時(shí),各個(gè)用水組之間的矛盾會(huì)被加劇,此時(shí)水資源調(diào)度更需要注重上下游的統(tǒng)籌兼顧,以及各個(gè)用水組的協(xié)調(diào)合作。同時(shí),要結(jié)合作物的需水量、引黃水量以及蓄水池供水量之間的關(guān)系,制定最優(yōu)的配水方案,并全面進(jìn)行水資源的統(tǒng)籌調(diào)度。本文以作物需水量和水源供水量為基礎(chǔ),建立了不飽和供水[7]條件下的節(jié)水灌溉水量調(diào)配模型。以作物整個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)缺水率最小為目標(biāo),將水源可供水量進(jìn)行優(yōu)化,按輪次分配給各個(gè)生長(zhǎng)階段的作物,從而提高作物的質(zhì)量和產(chǎn)量。

2.1.1 灌區(qū)供需水模型的目標(biāo)函數(shù)

節(jié)水灌溉水量調(diào)配模型以作物整個(gè)生長(zhǎng)周期的缺水率最小為目標(biāo)函數(shù),以缺水保證率為約束條件,以確定在一定供水率下對(duì)作物生長(zhǎng)影響最小的分配方案。這里的缺水率是指某一時(shí)段內(nèi)農(nóng)作物實(shí)際需水量與可用或?qū)嶋H可供的灌溉水量之差占同期農(nóng)作物實(shí)際需水量的比值,以百分率表示,缺水率越小越好。考慮到作物各個(gè)生長(zhǎng)階段對(duì)水量的需求不同,結(jié)合水分敏感指數(shù)來(lái)表征需水關(guān)鍵期的缺水率[8]。因此,在優(yōu)化調(diào)度模型中,將水源供水量作為決策變量,建立的優(yōu)化調(diào)度模型的目標(biāo)函數(shù)F為:

(1)

式中:αijk為第i個(gè)子區(qū)第j種作物第k個(gè)生長(zhǎng)階段的水分敏感指數(shù);Wijk為第i個(gè)子區(qū)第j種作物第k個(gè)生長(zhǎng)階段的灌溉需水量;Qijk為第i個(gè)子區(qū)第j種作物第k個(gè)生長(zhǎng)階段的水源可供灌溉水量。

2.1.2 灌區(qū)供需水模型的約束條件

1)灌區(qū)水資源供水量約束。作物各個(gè)生長(zhǎng)階段的供水水量不大于相應(yīng)階段的灌溉需水量,即:

0≤Qijk≤Wijk。

(2)

2)水量平衡約束。其約束方程為:

Vij(k+1)=Vijk+GI,ijk-GO,ijk-Zijk。

(3)

式中:Vij(k+1)為第i個(gè)子區(qū)第j種作物第k+1個(gè)生長(zhǎng)階段蓄水池的蓄水量;Vijk為第i個(gè)子區(qū)第j種作物第k個(gè)生長(zhǎng)階段蓄水池的蓄水量;GI,ijk為第i個(gè)子區(qū)第j種作物第k個(gè)生長(zhǎng)階段流入蓄水池的徑流量;GO,ijk為第i個(gè)子區(qū)第j種作物第k個(gè)生長(zhǎng)階段流出蓄水池的徑流量;Zijk為第i個(gè)子區(qū)第j種作物第k個(gè)生長(zhǎng)階段蓄水池的蒸發(fā)滲漏損失量。

3)供水水源的庫(kù)容約束。其約束條件為:

(4)

4)非負(fù)約束。其約束條件為:

(5)

2.1.3 模型求解方法

采用遺傳算法對(duì)模型進(jìn)行求解。遺傳算法利用計(jì)算機(jī)仿真運(yùn)算,將數(shù)學(xué)模型的求解過(guò)程轉(zhuǎn)換成類(lèi)似生物進(jìn)化中的染色體基因的交叉、變異等過(guò)程。與其他常規(guī)算法相比,該方法通常能更快地獲得較好的優(yōu)化結(jié)果,尤其在求解較為復(fù)雜的優(yōu)化組合問(wèn)題時(shí)。此外,遺傳算法具有依據(jù)“概率隨機(jī)選擇”的指向搜索能力[9],可避免產(chǎn)生局部無(wú)限循環(huán)的問(wèn)題。

在模型求解過(guò)程中,根據(jù)不同的需求調(diào)整交叉率和變異率,形成動(dòng)態(tài)的交叉概率和動(dòng)態(tài)的變異概率。在進(jìn)化過(guò)程的前期,為保證進(jìn)化過(guò)程的平穩(wěn)性,交叉率的取值可以相對(duì)較大,而變異率的取值相對(duì)較小;在進(jìn)化過(guò)程的后期,染色體變化逐漸穩(wěn)定,震蕩呈收斂趨勢(shì),所得結(jié)果逐步接近最優(yōu)解。此時(shí),為快速找到最優(yōu)解,應(yīng)逐漸減小交叉率的取值,調(diào)大變異率的取值。

2.2 閘群智能控制模型

閘門(mén)控制系統(tǒng)以水量調(diào)配計(jì)劃為依據(jù),進(jìn)行渠道精細(xì)化動(dòng)態(tài)調(diào)控管理。系統(tǒng)基于自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制功能實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門(mén)的智能調(diào)控,以最大限度地實(shí)現(xiàn)配水目標(biāo),并提高運(yùn)行效率。

2.2.1 閘門(mén)調(diào)控原理

1)過(guò)閘流量計(jì)算。利用過(guò)閘流量方程和恒定流方程組計(jì)算閘門(mén)開(kāi)度。根據(jù)過(guò)閘流量與閘前水位、閘門(mén)開(kāi)度的關(guān)系,過(guò)閘流量方程可分為堰流方程和閘孔出流方程。

堰流方程的表達(dá)式為:

(6)

閘孔出流方程的表達(dá)式為:

(7)

式中:Q為過(guò)閘流量,m3/s;m為堰流流量系數(shù);b為閘、涵孔寬,m;g為重力加速度,g=9.81 m/s2;H0為上游水頭,m;e為閘孔開(kāi)度,m;H為上游水深,m;σs為淹沒(méi)系數(shù);μ0為閘孔出流流量系數(shù);n為糙率系數(shù)。

2)水位動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)流程。基于流量前饋算法確定閘門(mén)操作時(shí)間,基于流量平衡、水位反饋實(shí)現(xiàn)閘門(mén)反饋控制。水位動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程如圖1所示。

圖1 水位動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程

閘門(mén)調(diào)控過(guò)程以閘前水位為控制目標(biāo),設(shè)立水位變化的閾值,通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)制閘的過(guò)閘流量,使閘前水位在閾值范圍內(nèi)變化。在調(diào)控過(guò)程中,可以設(shè)定最低水位以滿(mǎn)足灌溉需求,同時(shí)設(shè)定最高水位作為閘前預(yù)警水位。

在灌溉季節(jié)中,可將閘與閘間的每段渠道視為一個(gè)“蓄水池”。當(dāng)下游用水戶(hù)取水時(shí),渠道水位下降,閘門(mén)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)度來(lái)補(bǔ)充水量,直到水位達(dá)到設(shè)定值為止。按此過(guò)程依次往上游類(lèi)推,渠道上的每扇閘門(mén)都會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)。通過(guò)計(jì)算機(jī)和通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),實(shí)行整個(gè)灌區(qū)或部分灌溉渠系輸配水的自動(dòng)化,從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)渠系網(wǎng)絡(luò)智能化調(diào)配水量和全局控制。

3)參數(shù)配置。需要配置的參數(shù)包括:渠道斷面數(shù)據(jù)、閘門(mén)屬性數(shù)據(jù)、渠道糙率、滲流損失、淹沒(méi)系數(shù)、流量系數(shù)等。

2.2.2 續(xù)灌調(diào)控

在經(jīng)典PID(Proportional Integral Derivative)調(diào)節(jié)模型中,支渠需水量的變化被反饋給干渠水量調(diào)節(jié)系統(tǒng),經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)后系統(tǒng)趨于穩(wěn)定[10]。對(duì)于續(xù)灌調(diào)控系統(tǒng),雖然經(jīng)典PID調(diào)節(jié)模型能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)控的目的,但對(duì)系統(tǒng)中不同位置的支渠進(jìn)行的不同量級(jí)的調(diào)整會(huì)延長(zhǎng)調(diào)節(jié)周期和增大超調(diào)量。此外,系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)環(huán)節(jié)的頻繁調(diào)整還會(huì)影響供水質(zhì)量。因此,在續(xù)灌調(diào)節(jié)模型中引入干渠閘門(mén)至各個(gè)支渠的渠系利用系數(shù)、行水時(shí)間和單次最大調(diào)節(jié)值3項(xiàng)指標(biāo)。當(dāng)支渠需水量變化時(shí),通過(guò)渠系利用系數(shù)將支渠需水量換算成干渠引水量,依據(jù)行水時(shí)間計(jì)算調(diào)節(jié)滯后量,并以單次最大調(diào)節(jié)量控制超調(diào)量,形成純滯后環(huán)節(jié)的補(bǔ)償機(jī)制。在實(shí)際操作中,可以根據(jù)滯后時(shí)間的大小來(lái)計(jì)算干渠引水閘門(mén)的預(yù)估補(bǔ)償值,預(yù)判支渠調(diào)節(jié)對(duì)系統(tǒng)的影響。在控制理論中,這種機(jī)制被稱(chēng)為Smith預(yù)估補(bǔ)償控制。Smith預(yù)估補(bǔ)償控制是克服純滯后的一種有效控制方法[11]。其基本原理是與控制器并聯(lián)接一個(gè)補(bǔ)償環(huán)節(jié),用于補(bǔ)償被控對(duì)象中的純滯后部分,這個(gè)補(bǔ)償環(huán)節(jié)被稱(chēng)為預(yù)估器。包含純滯后環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)示意圖如圖2所示,圖2中:R(S)為輸入量;E(S)為給定量;D(S)為控制器的傳遞函數(shù);U(S)為控制器的輸出;G0(S)為被控對(duì)象S的傳遞函數(shù);e-τS為純滯后項(xiàng);τ為純滯后時(shí)間;Y(S)為輸出量。

圖2 包含純滯后環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)示意圖

Smith預(yù)估補(bǔ)償控制技術(shù)對(duì)于以穩(wěn)定性為首要要求、以快速性為次要要求的系統(tǒng)十分有效。它能很好地補(bǔ)償大遲延對(duì)象的純滯后特性,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能,同時(shí)也能改善控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效果。

2.2.3 輪灌調(diào)控

輪灌組的劃分兼顧支渠水閘口左右兩岸的斗渠分布,并使輪灌組的面積盡量相等。輪灌組的劃分方法可分為兩種:①集中編組,將臨近的幾條斗渠分為一組,上級(jí)渠道按組輪流供水。這種方式的水量損失較小,但不利于上下游不同管理單位對(duì)用水時(shí)間需求的平衡。②插花分組[12],將同級(jí)渠道按奇偶劃分分組。這種方式雖兼顧了管理單位的時(shí)間需求,但會(huì)延長(zhǎng)灌溉時(shí)間,增加人員數(shù)量,增大支渠輸水損失。

在全渠道閘門(mén)智能聯(lián)合調(diào)控系統(tǒng)中,可以依據(jù)條件優(yōu)先級(jí)自動(dòng)編排分組,如節(jié)水優(yōu)先、管理單位優(yōu)先、時(shí)效優(yōu)先等,也可通過(guò)人工來(lái)完善分組編排。在實(shí)際配水時(shí),渠首引水閘門(mén)、節(jié)制閘、分水閘和末級(jí)閘門(mén)逐級(jí)聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié),每一次調(diào)度都需要多個(gè)閘門(mén)協(xié)同動(dòng)作。受眾多因素的影響,一次調(diào)節(jié)閘門(mén)未必能達(dá)到預(yù)期設(shè)定的流量目標(biāo),而閘門(mén)的調(diào)節(jié)次數(shù)會(huì)影響到配水效果和系統(tǒng)穩(wěn)定性。結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能控制技術(shù),可將調(diào)度模型的解通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式下達(dá)到每個(gè)閘門(mén),從而達(dá)到灌區(qū)全渠道閘門(mén)智能聯(lián)合調(diào)控的效果。

2.3 灌區(qū)全渠道閘門(mén)智能聯(lián)合調(diào)控系統(tǒng)

灌區(qū)全渠道閘門(mén)智能聯(lián)合調(diào)控系統(tǒng)將測(cè)控一體化閘門(mén)、節(jié)制閘、退水閘、水位計(jì)、流速儀、流量計(jì)等全渠道量測(cè)水設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一整合,形成一個(gè)可觀(guān)測(cè)、可測(cè)量、可控制的平臺(tái),為全渠道控制模型及算法提供執(zhí)行載體和調(diào)度控制環(huán)境。該系統(tǒng)的主要功能如下:

1)建立全渠道控制可視化模型,形象直觀(guān)地展示整個(gè)渠道所有交接水?dāng)嗝?、直開(kāi)口、節(jié)制閘、退水閘的實(shí)時(shí)運(yùn)行工況,設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、工情監(jiān)測(cè)情況等的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

2)可通過(guò)平臺(tái)中的界面遠(yuǎn)程控制和調(diào)節(jié)渠道流量。

3)自動(dòng)生成調(diào)度方案。根據(jù)未來(lái)3 d或5 d的配水計(jì)劃(用水申報(bào)流程),系統(tǒng)自動(dòng)生成閘門(mén)調(diào)度指令和調(diào)度方案,供調(diào)度人員進(jìn)行決策。

4)平衡流量。當(dāng)用水需求發(fā)生變化時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)上下游水位,以保證全渠道水位的動(dòng)態(tài)平衡。

5)實(shí)現(xiàn)過(guò)閘流量與開(kāi)度的相互換算。通過(guò)利用歷史實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),根據(jù)堰流和閘孔出流公式,推求適用于各節(jié)制閘的流量系數(shù),建立流量推算公式。同時(shí),建立流量-開(kāi)度-水位關(guān)系曲線(xiàn),在已知流量的情況下,根據(jù)流量推算公式反推閘門(mén)開(kāi)度,為閘門(mén)開(kāi)度的調(diào)節(jié)提供理論依據(jù)。

6)實(shí)現(xiàn)閘前水位動(dòng)態(tài)平衡。以閘前水位為控制目標(biāo),設(shè)定水位變化的閾值,通過(guò)調(diào)節(jié)過(guò)閘流量,使閘前水位在閾值范圍內(nèi)變化。其中,最低水位可設(shè)定為滿(mǎn)足灌溉要求的水位,最高水位可設(shè)定為閘前預(yù)警水位。

3 應(yīng)用實(shí)例及效果分析

以景電灌區(qū)工程支渠段為應(yīng)用實(shí)例。該支渠段原本使用單孔鋼制平板閘門(mén),閘門(mén)寬度為0.5～2.0 m,分水流量為0.3～3.0 m3/s。由于泵站區(qū)間干渠水位的變化,需頻繁調(diào)節(jié)支渠閘門(mén),這對(duì)閘門(mén)控制響應(yīng)的及時(shí)性和流量調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性要求較高。通過(guò)對(duì)支渠閘門(mén)和支渠以下斗口以上閘門(mén)進(jìn)行自動(dòng)化改造,可實(shí)現(xiàn)閘門(mén)的自動(dòng)化控制。當(dāng)需要通過(guò)調(diào)節(jié)支渠段的分水流量來(lái)保障灌區(qū)泵站的穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),啟動(dòng)支渠段的全渠道控制系統(tǒng),可快速提供分水調(diào)控方案,提高流量調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性,指導(dǎo)下游閘門(mén)的調(diào)控管理,并有效減輕渠段閘門(mén)管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,提升管理運(yùn)行的現(xiàn)代化水平。

景電灌區(qū)全渠道閘門(mén)智能聯(lián)合調(diào)控系統(tǒng)的應(yīng)用和實(shí)踐是在充分利用感應(yīng)系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)等灌區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)上,利用模型系統(tǒng)對(duì)灌區(qū)各項(xiàng)用水管理信息和工程調(diào)控業(yè)務(wù)信息進(jìn)行采集、處理、反饋和利用。這樣可以實(shí)現(xiàn)灌區(qū)渠系引水、配水和用水的全過(guò)程綜合優(yōu)化管控,從而最大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水和提升閘門(mén)調(diào)控效能的目標(biāo),為向現(xiàn)代化、高質(zhì)量灌區(qū)邁進(jìn)奠定了牢固的基礎(chǔ)。應(yīng)用實(shí)踐表明,該調(diào)控系統(tǒng)具有智能化程度高、操作方便、維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。經(jīng)初步統(tǒng)計(jì),目前景電灌區(qū)利用此管理系統(tǒng)降低了灌區(qū)管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了工作效率。在灌區(qū)運(yùn)行維護(hù)方面,節(jié)約了15%以上的成本;在用水管理方面,提高了5%以上的水資源利用率,為灌區(qū)節(jié)水增效創(chuàng)造了良好的示范效果。

4 結(jié)論

為了解決灌區(qū)渠道水量調(diào)配和閘門(mén)調(diào)控管理的技術(shù)難題,設(shè)計(jì)、研究了灌區(qū)全渠道閘門(mén)智能聯(lián)合調(diào)控系統(tǒng)。在最優(yōu)水量配置計(jì)劃下,動(dòng)態(tài)控制閘門(mén)的運(yùn)行工況,以最大化地確保實(shí)現(xiàn)水量調(diào)配方案的既定目標(biāo),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了灌區(qū)全渠道的精細(xì)化管理,完成了灌區(qū)節(jié)水和科學(xué)管理的高質(zhì)量發(fā)展目標(biāo)。

本研究針對(duì)景電灌區(qū)渠道復(fù)雜、分布范圍廣、用水高峰期人工投入大和水資源管理效率低、缺乏科學(xué)決策指導(dǎo)等問(wèn)題,在整合灌區(qū)閘門(mén)自動(dòng)化和一體化改造成果以及計(jì)量監(jiān)測(cè)成果的基礎(chǔ)上,通過(guò)研究開(kāi)發(fā)多渠道水量調(diào)配和閘門(mén)聯(lián)合調(diào)度模型,將其應(yīng)用于景電灌區(qū)渠道閘門(mén)智能聯(lián)合調(diào)控系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)了灌區(qū)水資源與工程運(yùn)行管理的科學(xué)耦合模式下的智能聯(lián)合調(diào)度管理。這不僅提高了灌區(qū)水資源管理效率和利用率,降低了人工投入,而且具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。此外,該系統(tǒng)的研究與應(yīng)用將進(jìn)一步促進(jìn)灌區(qū)內(nèi)節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展,對(duì)全國(guó)其他灌區(qū)具有一定的推廣和應(yīng)用價(jià)值。