面向复杂水资源配置工程的水流精细模拟与智能调水平台研发(胡建永)
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维护环境
从系统到应用多层次维护管理 应用运行监视 系统资源的调度与优化
23
软件架构
24
应用层
统
一
界
业务层
面
统
一
平
台
数据层
传输层
采集层
精细化的调水方案
流程化的调度指令
智能化的调度决策
面对面的调度会商
数据监测
工程监控系统
报警提醒
控制调节
大数据分析支撑系统
关键设备 参数阈值
报警算法 优化更新
设备健康 状态分析
01 主要用于有压调水系统的充水、放空、进排气等模拟
主要功能
（1）可用于研究不同管道倾角下输水系统气液两相瞬变流动过程三维动态流场的测量； （2）可用于研究不同管道倾角下输水系统气泡启动流速动态过程测量； （3）可用于研究不同管道倾角下输水系统滞气水锤压力流量动态过程压力、流量测量； （4）可用于研究不同型式空气阀水气相间、进气、排气、起球压力等参数进行分析，测量 进排气动态过程气体流速、温度、噪声、压力等参数。
3
水力元件多
水泵、闸门、阀门
4
制约因素多
压力、流量、水泵机组
5
水力模拟难
边界条件、监测数据
6
统一调度难
统一调度、联合运行
7
运行风险高
事故停泵、管道爆管、
渠道溢流
8
优化潜力大
经济调度、安全调度
信息采集
系统化、精准化 全 面 感 知
调度手段
信息化、智能化
预测预报 科学决策 动态优化
调度机制
制度化、规范化 安全、经济、高效
移
工程管理系统
动
运行
安全
故障
终
维护
生产
模拟
端百度文库
运行分析管理系统
设备运行 数据分析
设备状态 分析评价
设备故障 自诊断
视频监视分析系统
高清实时 监控
时间远程 实时报警
远程制动 调度联动
综合办公系统
数
据
综合 管理
运维 工单
流程 清单
大
屏
虚
基本数据库
空间数据库
多媒体数据库
监测数据库
交换数据库
（3）有压流-重力流混合输水系统联合水力调控测试。 （4）输水管道系统渗漏爆管等测试、诊断等； （5）输水管道系统水锤防护设备水力性能测试，包括单向调压室、空气罐、爆破膜等； （6）水力-机械流固耦合振动测试，包括水流-阀门系统、水流-管道系统等的耦合振动分析； （7）恒定流及非恒定流工况下阀门、闸门、管道等流量特性、开度特性及泄露测试。
技术需求
10
水库
泵站
线路
技术需求
9
工程规模大
长线路、大流量、多级泵站、大功率机组
组成型式多
管渠（渡槽）结合、管隧结合
供水范围广
多支线、多区域、多目标
技术需求
11
面向复杂水资源配置工程的水流精细模拟与联合调度还面临一系列迫切需要解决的技术问题
1
供水用户多
生活、工业、农业、生态
2
供水目标多
供水、抗旱、发电
战略需求
4
国家十三五重大引调水工程
加快建设进度 陕西引汉济渭、甘肃引洮供水二期、 贵州夹岩水利枢纽及黔西北供水、 鄂北水资源配置工程、 南水北调东中线一期受水区配套工程 深化前期工作 安徽引江济淮、云南滇中引水、 内蒙古引绰济辽工程 推进后续建设 南水北调东中线后续工程 深化前期论证 南水北调西线工程
基本思路
智能运行调度 基本思路
智能运行调度 主要思路
数据 业务 应用
➢ 对象化：结构，组织，表现 ➢ 大数据：来源广泛，统一整合，深度挖掘，开放应用
➢ 平台化、一体化，关联、聚合、交互。
➢ 以面向对象化数据为基础 ➢ 注重数据分析和推理能力 ➢ 支持运行、维护与管理的决策
22
统筹规划设计 平台集成优先
服务水利行业能力平台建设：一套调水工程物理模型试验系统（示范工程），研发一套智能调 水软件平台。 两步走：一期针对管道、隧洞等有压调水系统；二期针对河道、渠道等无压调水系统。
试验平台功能
15
有压调水系统水流精细模拟试验系统
01 主要用于有压调水系统的充水、放空、进排气等精细模拟
试验平台功能
17
有压调水系统水流精细模拟试验系统
战略需求
6
战略需求
5
供水环线
战略需求
7
东江-深圳供水工程（四期）
技术需求
8
大型水资源配置工程在国民经济中发挥日益重要的作用
工程名称
供水区域
所在地区
南水北调东线工程 黄淮海平原
苏鲁冀津等
南水北调中线工程 华北地区 上海青草沙输水工程 上海
鄂豫冀京津 上海市
山西引黄入晋工程 太原、大同、朔州
山西省
技术需求
12
水力仿真计算困难
如何准确模拟系统的水力调控过程，反映系统真实特性？
水力元件多、运行工况多、组成型式多、误差累积效应
水锤防护问题突出
如何确定合理的水锤防护方案?
单一防护措施
多措施联合防护
充水放空过程复杂
如何确定合理的充水放空方案?
分段方案、充水放空流速、进排气
运行调度制约因素众多
正常运行工况: 如何协调系统达到最优状态？ 事故应急工况: 如何将事故影响降到最低？
建设目标
14
面向水资源调配的战略需求，针对复杂水资源配置工程等建设运行中的关键科学技术问题，通 过水利、动力、机械、计算机、物联网、大数据、人工智能等的交叉融合，开展复杂水资源配 置工程联合调控与运行安全应用基础研究，打造以智能在线测控为基础、以多源数据融合分析 为手段的多功能高精度水力调控与联合调度试验系统，并开展技术推广应用，成为我国调水工 程领域的重要研究基地。
试验平台功能
18
有压调水系统联合调控试验系统
02 主要用于有压调水系统串并联泵站联合调度、运行状态监测分析、水锤防护、阀门过流特性精细模拟等
试验平台功能
20
有压调水系统联合调控试验系统
02 主要用于有压调水系统串并联泵站联合调度、运行状态监测分析、水锤防护、阀门过流特性精细模拟等
主要功能
（1）多级串联加压输水系统不同梯级同时、相继启停机的联合水力调控测试； （2）多台并联加压输水系统同时、相继启停机联合水力调控测试；
技术先进实用 项目示范应用
数据基础先行 成果全面推广
四个环境
为行业智能应用提供互联、互通与互动支撑，形成满足智能运行调度需求的智能解决方案。
开发环境
数据交换机制 人机支撑 数据支持 公共服务 系统管理
集成环境
支持横向、纵向业务的集成 支持应用、基础信息的共享
智能调度
运行环境
智能运行 安全防护体系 软硬件环境 数据资源
辽宁大伙房输水工程 抚顺、沈阳等7城市 辽宁
吉林引松供水工程 吉林中部地区
吉林省
多年平均调水量 （亿m3/年）
87.66
95.0 719万 m3/d 12.0 18.0 8.97
线路长度 （km）
1150
1276 179 452 261 263
广东东深供水工程 深圳、东莞、香港
广东省
24.23
51.7
从系统到应用多层次维护管理 应用运行监视 系统资源的调度与优化
23
软件架构
24
应用层
统
一
界
业务层
面
统
一
平
台
数据层
传输层
采集层
精细化的调水方案
流程化的调度指令
智能化的调度决策
面对面的调度会商
数据监测
工程监控系统
报警提醒
控制调节
大数据分析支撑系统
关键设备 参数阈值
报警算法 优化更新
设备健康 状态分析
01 主要用于有压调水系统的充水、放空、进排气等模拟
主要功能
（1）可用于研究不同管道倾角下输水系统气液两相瞬变流动过程三维动态流场的测量； （2）可用于研究不同管道倾角下输水系统气泡启动流速动态过程测量； （3）可用于研究不同管道倾角下输水系统滞气水锤压力流量动态过程压力、流量测量； （4）可用于研究不同型式空气阀水气相间、进气、排气、起球压力等参数进行分析，测量 进排气动态过程气体流速、温度、噪声、压力等参数。
3
水力元件多
水泵、闸门、阀门
4
制约因素多
压力、流量、水泵机组
5
水力模拟难
边界条件、监测数据
6
统一调度难
统一调度、联合运行
7
运行风险高
事故停泵、管道爆管、
渠道溢流
8
优化潜力大
经济调度、安全调度
信息采集
系统化、精准化 全 面 感 知
调度手段
信息化、智能化
预测预报 科学决策 动态优化
调度机制
制度化、规范化 安全、经济、高效
移
工程管理系统
动
运行
安全
故障
终
维护
生产
模拟
端百度文库
运行分析管理系统
设备运行 数据分析
设备状态 分析评价
设备故障 自诊断
视频监视分析系统
高清实时 监控
时间远程 实时报警
远程制动 调度联动
综合办公系统
数
据
综合 管理
运维 工单
流程 清单
大
屏
虚
基本数据库
空间数据库
多媒体数据库
监测数据库
交换数据库
（3）有压流-重力流混合输水系统联合水力调控测试。 （4）输水管道系统渗漏爆管等测试、诊断等； （5）输水管道系统水锤防护设备水力性能测试，包括单向调压室、空气罐、爆破膜等； （6）水力-机械流固耦合振动测试，包括水流-阀门系统、水流-管道系统等的耦合振动分析； （7）恒定流及非恒定流工况下阀门、闸门、管道等流量特性、开度特性及泄露测试。
技术需求
10
水库
泵站
线路
技术需求
9
工程规模大
长线路、大流量、多级泵站、大功率机组
组成型式多
管渠（渡槽）结合、管隧结合
供水范围广
多支线、多区域、多目标
技术需求
11
面向复杂水资源配置工程的水流精细模拟与联合调度还面临一系列迫切需要解决的技术问题
1
供水用户多
生活、工业、农业、生态
2
供水目标多
供水、抗旱、发电
战略需求
4
国家十三五重大引调水工程
加快建设进度 陕西引汉济渭、甘肃引洮供水二期、 贵州夹岩水利枢纽及黔西北供水、 鄂北水资源配置工程、 南水北调东中线一期受水区配套工程 深化前期工作 安徽引江济淮、云南滇中引水、 内蒙古引绰济辽工程 推进后续建设 南水北调东中线后续工程 深化前期论证 南水北调西线工程
基本思路
智能运行调度 基本思路
智能运行调度 主要思路
数据 业务 应用
➢ 对象化：结构，组织，表现 ➢ 大数据：来源广泛，统一整合，深度挖掘，开放应用
➢ 平台化、一体化，关联、聚合、交互。
➢ 以面向对象化数据为基础 ➢ 注重数据分析和推理能力 ➢ 支持运行、维护与管理的决策
22
统筹规划设计 平台集成优先
服务水利行业能力平台建设：一套调水工程物理模型试验系统（示范工程），研发一套智能调 水软件平台。 两步走：一期针对管道、隧洞等有压调水系统；二期针对河道、渠道等无压调水系统。
试验平台功能
15
有压调水系统水流精细模拟试验系统
01 主要用于有压调水系统的充水、放空、进排气等精细模拟
试验平台功能
17
有压调水系统水流精细模拟试验系统
战略需求
6
战略需求
5
供水环线
战略需求
7
东江-深圳供水工程（四期）
技术需求
8
大型水资源配置工程在国民经济中发挥日益重要的作用
工程名称
供水区域
所在地区
南水北调东线工程 黄淮海平原
苏鲁冀津等
南水北调中线工程 华北地区 上海青草沙输水工程 上海
鄂豫冀京津 上海市
山西引黄入晋工程 太原、大同、朔州
山西省
技术需求
12
水力仿真计算困难
如何准确模拟系统的水力调控过程，反映系统真实特性？
水力元件多、运行工况多、组成型式多、误差累积效应
水锤防护问题突出
如何确定合理的水锤防护方案?
单一防护措施
多措施联合防护
充水放空过程复杂
如何确定合理的充水放空方案?
分段方案、充水放空流速、进排气
运行调度制约因素众多
正常运行工况: 如何协调系统达到最优状态？ 事故应急工况: 如何将事故影响降到最低？
建设目标
14
面向水资源调配的战略需求，针对复杂水资源配置工程等建设运行中的关键科学技术问题，通 过水利、动力、机械、计算机、物联网、大数据、人工智能等的交叉融合，开展复杂水资源配 置工程联合调控与运行安全应用基础研究，打造以智能在线测控为基础、以多源数据融合分析 为手段的多功能高精度水力调控与联合调度试验系统，并开展技术推广应用，成为我国调水工 程领域的重要研究基地。
试验平台功能
18
有压调水系统联合调控试验系统
02 主要用于有压调水系统串并联泵站联合调度、运行状态监测分析、水锤防护、阀门过流特性精细模拟等
试验平台功能
20
有压调水系统联合调控试验系统
02 主要用于有压调水系统串并联泵站联合调度、运行状态监测分析、水锤防护、阀门过流特性精细模拟等
主要功能
（1）多级串联加压输水系统不同梯级同时、相继启停机的联合水力调控测试； （2）多台并联加压输水系统同时、相继启停机联合水力调控测试；
技术先进实用 项目示范应用
数据基础先行 成果全面推广
四个环境
为行业智能应用提供互联、互通与互动支撑，形成满足智能运行调度需求的智能解决方案。
开发环境
数据交换机制 人机支撑 数据支持 公共服务 系统管理
集成环境
支持横向、纵向业务的集成 支持应用、基础信息的共享
智能调度
运行环境
智能运行 安全防护体系 软硬件环境 数据资源
辽宁大伙房输水工程 抚顺、沈阳等7城市 辽宁
吉林引松供水工程 吉林中部地区
吉林省
多年平均调水量 （亿m3/年）
87.66
95.0 719万 m3/d 12.0 18.0 8.97
线路长度 （km）
1150
1276 179 452 261 263
广东东深供水工程 深圳、东莞、香港
广东省
24.23
51.7