《跨流域调水工程突发水污染应急调控技术与应用》中的应用分析

以某大型输水工程为例,此工程全线采用闸前常水位运行方式。

假设输水工程靠近中间段的某一渠段发生了水质污染事件,采用本文提出的控制规则及控制算法,对污染渠段、污染渠段上游、污染渠段下游进行闸门控制,使得应急调控过程快速地实现,且应急后水位能够满足目标水位。事故发生时事故段的输水流量为126m3/s。

首先,对应急工况进行模拟,在闸前常水位运行方式下,通过本文的应急控制算法,检验最后水位控制能否满足要求。其次,经过计算,应急发生后,污染段和污染段下游只能采用闸前常水位运行方式,而污染段上游部分渠段可采用等体积控制方式,因此,可对污染渠段上游部分渠段进行闸前常水位和等体积控制方法结果的对比。

闸前常水位运行方式下,污染渠段、污染渠段上游、污染渠段下游的控制过程如图6.13～图6.21所示。

图6.13　污染段闸前水位偏差变化过程图

图6.14　污染段闸门开度变化过程图

图6.15　污染段过闸流量变化过程图

1.污染渠段

由图6.13可以看出,污染段的水位在稳定后并不能满足闸前常水位,这是因为污染段的闸门在应急过程中是直接按照前馈指令关死的,没有考虑闸前水位,因此,应急后闸前水位是不确定的。由图6.14和图6.15可以看出闸门从当前开度一直关死的过程。

2.污染渠段下游段

对污染渠段下游,这里选取了临界污染渠段的下游5个节制闸,节制闸闸前水位、闸门开度、过闸流量过程如图6.16所示。

由图6.16可以看出,污染段的水位在稳定后满足闸前常水位,这是因为污染渠段下游段的分水流量变化过程是人为确定的,且污染渠段下游段最上游的闸门(即污染段下闸门)是最先关闭的,可根据蓄量补偿算法的原理来计算前馈分析。且从图6.16可以看出闸前水位波动较小,最大不超过0.4m,这是由于对下游段采用异步关闸操作,这一点可以从图6.16中的闸门开度开始变化时间反映出来。

3.污染渠段上游段

对污染渠段下游,这里选取了临界污染渠段的上游5个节制闸,节制闸闸前水位、闸门开度、过闸流量过程如图6.19～图6.21所示。

图6.16　污染段下游段闸前水位偏差变化过程图

图6.17　污染段下游段闸门开度变化过程图

图6.18　污染段下游段过闸流量变化过程图

由图6.19可以看出,污染段的水位在稳定后满足闸前常水位,这是因为污染渠段上游段采用了反馈算法,逐步调整闸门开度,使得渠池蓄量接近目标蓄量,从而使得闸前水位为接近目标水位。且从图6.20可以看出上游段采用的是同步关闸措施,而且在关死一段时间后再开启,但开启时间不同。从图6.21可以看出闸门开度操作造成的过闸流量变化过程,在稳定后,维持一定的流量不变,这样满足上游段正常供水。且由于过闸流量的不一致,由流量差来调整渠池体积,进而达到控制闸前水位的目的。

图6.19　污染段上游段闸前水位偏差变化过程图

图6.20　污染段上游段闸门开度变化过程图

图6.21　污染段上游段过闸流量变化过程图

闸前常水位运行方式和等体积加闸前常水位运行方式下,渠段的调控结果见图6.22～图6.36。

图6.22　上游1节制闸不同运行情况闸前水位变化情况(https://www.xing528.com)

图6.23　上游1节制闸不同运行情况流量变化情况

图6.24　上游1节制闸不同运行情况闸门开度变化情况

图6.25　上游2节制闸不同运行情况闸前水位变化情况

图6.26　上游2节制闸不同运行情况流量变化情况

图6.27　上游2节制闸不同运行情况闸门开度变化情况

图6.28　上游3节制闸不同运行情况闸前水位变化情况

图6.29　上游3节制闸不同运行情况流量变化情况

图6.30　上游3节制闸不同运行情况闸门开度变化情况

图6.31　上游4节制闸不同运行情况闸前水位变化情况

图6.32　上游4节制闸不同运行情况流量变化情况

图6.33　上游4节制闸不同运行情况闸门开度变化情况

图6.34　上游5节制闸不同运行情况闸前水位变化情况

图6.35　上游5节制闸不同运行情况流量变化情况

图6.36　上游5节制闸不同运行情况闸门开度变化情况

图6.22～图6.24为上游一的运行结果,从图中可以看出两种工况的结果一致,是因为上游一节制闸对应的渠段比较靠近下游,两种工况下都是闸前常水位运行方式,所以结果没改变。

图6.25～图6.27为上游2的运行结果,从图6.25可以看出在两种工况下闸前水位的区别,在等体积控制下稳定闸前水位要高于闸前常水位运行方式下的闸前水位。但是在图6.26和图6.27中,没看出闸门开度和流量的区别,因此造成水位不一致的原因在于上游节制闸的开度变化不一致,这在图中未展示出来。

图6.28～图6.36为上游3、4、5三个节制闸在两种工况下的结果,分别对比节制闸的上游水位、过闸流量和闸门开度,可以看出两种运行方式下的差别。等体积运行方法下,稳定后闸前水位都高于闸前常水位运行方法,这样闸门的水位下降速率要更小,更有利于工程安全。等体积运行方式下,开启闸门的时间提前了,这样对应的应急调整时间更短。而且,这种情况越靠近上游,越是明显。这是因为越靠近上游,等体积运行方式与闸前常水位运行方式的蓄量累计差越大,闸门的操作区别越大。