[发明专利]一种用于输水渠道自动控制算法中水位约束参数的定量计算方法

说明书

本发明涉及一种用于输水渠道自动控制算法中水位约束参数的定量计算方法，包括以下步骤：在分析渠道水位约束参数时，引入分水敏感性指标，并通过水力响应分析构建其拟合公式，提出渠道水位约束参数的定量表征方法。与目前常用的固定水位约束参数相比，本发明优点包括以下几点：(1)依据不同的供水服务要求确定相应的水位约束参数，供水服务要求高的渠道(下级分水渠道流量控制精度高)计算得到的水位约束参数小，进而能够保证下级渠道流量在用户需求范围内。(2)考虑了水流工况对渠道水位约束参数的影响，如渠道高水位运行下，水位的波动对下级渠道流量的影响较小，即相同下级渠道流量控制精度下，高水位工况下渠道水位的约束参数较大。

技术领域

本发明涉及一种用于输水渠道自动控制算法中水位约束参数的定量计算方法，属于灌溉领域。

背景技术

随着国家对现代化农业、现代化灌区的不断推进，渠道自动化控制成为当今农业用水管理的热点。渠道自动控制算法通过对信息的处理、分析和决策，形成协调自动化设备运转的指令，是渠道自动控制的核心。在渠道控制算法中水位约束参数是一类重要参数，若水位约束参数设置过小，将造成闸门等渠系建筑物的频繁调节，导致能源浪费和闸门磨损；若设置过大，则制定的控制策略将无法满足渠道供水流量需求和水位安全。而且根据已有渠道输水过程水力响应研究，上级渠道水位约束参数受渠道供水服务要求(下级分水渠道流量控制精度)及渠道水流状态影响。目前控制算法中水位约束参数主要通过经验或宏观特征分析设定为固定值，未考虑水位约束参数的时空差异，缺少一定的理论基础及内因解释，导致渠道控制效果不能完全满足实际需求。

发明内容

基于上述问题，本研究发明了一种渠道控制算法中水位约束参数的定量计算方法，利用该方法不仅可以依据控制时间的用户需水要求及水流工况确定水位约束参数，而且可以为提升渠道自动控制效果提供理论依据。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于输水渠道自动控制算法中水位约束参数的定量计算方法，包括以下步骤：

在分析渠道水位约束参数时，引入分水敏感性指标，并通过水力响应分析构建其拟合公式，进而提出渠道水位约束参数的定量表征方法。

优选地：所述的定量计算方法具体包括如下步骤：

(1)构建分水敏感性指标：

采用分水流量的相对变化与上级渠道水位的绝对变化比值表示渠道的分水敏感性，如下所示：

其中S_out(q-h)为渠道分水敏感性，表示当上级渠道水位改变1m时分水渠道的流量变化；

△q/q为下级分水流量的相对变化，在渠道控制中代表分水渠道流量控制精度；

△h为上级渠道水位的绝对变化，在渠道控制中代表渠道水位约束参数；

(2)分水敏感性的拟合：

根据闸门流量计算公式，过闸流量主要与上级渠道水位(h_u)、闸门宽度(g_b)、闸门开度(g_e)及分水渠道水深(闸后水位，h_d)相关，将上述因素作为分析变量设置不同情景，并计算不同情景下的分水敏感性指标值，在此基础上分析各因素对分水敏感性的影响规律，进而提出研究渠道的分水敏感性拟合公式：

S_out(q-h)＝f(h_u，g_b，g_e，h_d)

h_u为闸前水位，g_b为闸门宽度，g_e为闸门开度，h_d为闸后水位；

(3)渠道水位约束参数的定量计算：