南水北调中线输水调度实施控制策略

南水北调中线输水调度实施控制策略

发表时间：2018-05-22T15:40:58.917Z 来源：《基层建设》2018年第5期作者：胡海洋

[导读] 摘要：在南北水调输水调度中，最基础的就是科学合理的输水控制策略，根据控制策略实现向各分水口门供水计划的目标。

南水北调中线干线工程建设管理局渠首分局镇平管理处河南南阳 473000

摘要：在南北水调输水调度中，最基础的就是科学合理的输水控制策略，根据控制策略实现向各分水口门供水计划的目标。在总结现有输水调度控制研究成果基础上，通过结合调度运行实际，综合考虑目标水位控制的鲁棒性、水位降幅的约束性、渠道上下游水情的统筹性因素，对输水调度控制策略进行了改进，提出了基于流量变化、水位变幅相耦合的实时调度控制策略。根据流量变化对渠段进行水量平衡分析，实施宏观控制，同时根据水位及其变幅实施微观调控。

关键词：南水北调；中线工程；输水调度；实时控制

引言

南水北调中线工程设计是在汉江上游丹江口水库进行引水，通过明渠、建筑物、管道等建筑物建立联通长江、黄河、海河、淮河四大主要水系的水网，长江的水资源经河南、河北等地一路北上被送至京津地区，对中线输水调度进行实时控制，是保证水资源合理调配的重要措施，也是工程总体的重要组成部分之一。

1南水北调中线基本情况

南水北调工程中线全长超过1400km，为便于控制，整个中线工程沿线共设有97个分水口和64座节制闸。目前，北方需求的水量远未达到工程沿线所能提供的最大水量，整个中线工程输水流量基本处于较小的水平。南水北调中线工程是基于调配南北水资源、使水资源得到充分利用的民生工程，尽管中线沿线各地对水资源的需求量不大，但考虑到地下水资源渐趋枯竭、海水净化困难、自然水体污染后难以净化的现状，未来中线沿线各地对水资源的需求势必加大。因此，预先考虑南水北调中线输水调度实时控制的策略，进行必要试验意义重大。

2南水北调中线当前输水调度控制策略分析

2.1中线输水调度控制策略

在输水调度过程中，采用闸前常水位控制模式，保持各节制闸的闸前水位在既定目标水位附近。在供水流量需求发生变化时，通过前馈加反馈的混合控制方式实施调度，使输水状态由原稳定状态过渡到新的稳定状态。在中线输水调度控制策略中，反馈的控制实现实时调度。采用三点控制策略，当水位超出上限或下限时，对闸门进行调整，使得闸前水位在目标水位附近，对于某一节制闸，当末状态稳定流量小于初状态稳定流量时，称为“关闭”工况;当末状态稳定流量大于初状态稳定流量时，称为“开启”工况。中线当前实时调度控制规则具体如下：（1）由前馈模型得出的该时段预期过闸流量以及实时获得的水位计算闸门开度;（2）判断本时段闸门开度调整量是否达到或超过一个步进量，若是则进行调整，否则不进行调整。步进量指闸门一次调整的最小值，取0.02m;（3）一次闸门调整的幅度大小不超过3倍步进量，即0.06m;（4）闸门开度位于初始状态稳定开度和末状态稳定开度之间;（5）对于关闭工况，若闸前水位超过预设的报警水位时，则过闸流量不进行减少;（6）对于关闭工况，闸前水位超过预设的高水位时，当前闸的过闸流量不小于上游端闸的流量;（7）对于开启工况下，闸前水位已低于目标水位0.1m时，则过闸流量不进行增加;（8）对于开启工况下，闸前水位已低于目标水位0.2m时，反而要减少一个步进量。

2.2中线工程水源－受水区预报技术

在中线输水的掉调度过程中，为了能够有效的满足综合调度需求，需要建立集成气象、水文、径流预报还有用水预测模型的预报／预测平台。实现此项目标，我们还需要继续深入开展以下四方面的研究：（１）基于数值天气预报模式，研发汉江流域长－中－短期多层嵌套的降水集合预报模型；（２）统计分析前期径流、降水等数值关系，并考虑气候变化对未来降雨径流影响，研究建立变化条件下的汉江流域分布式水文模型和丹江口水库来水长中短预报模型；（３）研究建立中线工程沿线受水区的气象预报模型，为中线工程的调度运行提供气温、水温等信息输入；（４）研究建立受水区大中型水库来水长中短预报模型。

2.3科学计算用水量

南水北调中线工程沿线的用水量虽然没有较为明显的变化，但是随着地下水资源渐趋枯竭、自然水体污染后难以净化、海水淡化困难、北方工业发达的基本情况，未来中线工程很可能会在水力资源调配方面发挥巨大作用，科学计算用水量，是进行输水调度实时控制的要求和基础支持。包括用水量现状和用水量变化情况两个方面。用水量现状是指中线工程沿线各地目前的用水状况，考虑到接近3年时间相关地区用水量一直是相对固定的，可以通过收集现有数据和进行实时用水量数据收集生成数据库，作为基本资料。用水变化量是计算的核心内容，首先要收集的是各地用水情况，并以年、半年、季度、重点月份为划分标准，进行分别的计算工作，获知沿线各地用水变化情况，包括年度增加量、半年度增加量、季度变化量和重点月份变化量，以作为输水量调节的基础，并总结其总体规律，结合现有水资源使用状况，判断下一步增长变化，为以后的工作做好准备。

2.4中线工程常态与应急调度云服务平台

中线工程的云服务平台就是将前述的先进技术进行集成，以支撑中线工程全自动化运行与智能调控。要实现这一目标，需开展如下四方面研究：（１）分析提取云服务平台所集成模型的通用、共性功能，对这些功能进行抽象封装后形成应用组件，建立可以相互调用的模型或应用组件库；（２）研究中线工程现用应用系统之间信息交互方式，针对中线业务系统的需求以及闸控系统的需求，设计数据库关联关系和范式；（３）研究构建满足用水户和控制中心双向信息交互的云服务平台，满足既能在云服务平台进行信息展示，又能通过云服务平台收集水厂、用水户需求；（４）研究闸泵群控制系统与云服务平台的接入方式，研究云服务平台下信息隔离和共享技术，通过对不同的用水户设置不同的权限来达到平台的信息安全和信息共享。

2.5应用智能化手段

随着现代化建设的发展，智能化成为主要的发展趋势，各行业均在设法通过智能化手段提升工作效率，在输水调度实时控制方面，也可以通过智能化建设进行加强。智能化建设主要体现在控制系统方面。控制系统的智能化建设，其基本依据是大量的数据收集、汇总、整理、分析工作，尤其是用水量方面的数据，相关人员应根据数据情况设定智能化系统的各项程序。比如阶段水流量，假如某地7月份用水量较大，可以根据其具体用水量设定7月份的节制闸闸门开度，并通过智能设备加以控制，防止过流或水流不足等问题。同时，智能化设备方