[发明专利]长距离引调水工程输水调度状态分析及预警系统

权利要求书

1.一种长距离引调水工程输水调度状态分析及预警系统，包括GIS平台及空间数据管理引擎，其特征在于：还包括输水调度状态分析综合数据库，通过所述输水调度状态分析综合数据库构建输水调度安全运行规则库和水力学模拟模型，将所述输水调度状态分析综合数据库、安全运行规则库和水力学模拟模型输入所述GIS平台及空间数据管理引擎，构建GIS可视化场景，输出输水调度状态判读和输水调度状态预警；

所述输水调度状态分析综合数据库包括：输水调度监测数据、闸门运行工况、水量调度方案、调度规程、引调水工程数据和空间数据，还包括通过所述水力学模拟模型计算取得的输水调度模拟数据，所述输水调度监测数据包括闸站监控系统采集的各闸站的水位、流量、开度监测数据，以及输水线路中重要部位、重要断面的水位、流量监测数据，包括历史监测数据和实时监测数据，所述输水调度监测数据包括水位监测数据、流量监测数据和开度监测数据，所述输水调度监测数据和闸门运行工况属于实时数据通过数据服务接口从闸站监控系统中接入；

所述输水调度安全运行规则库为对引调水工程数据、调度规程以及运行调度相关指导性文件中关于各种工况下水位流量的限制性规定，进行要素分解和特征提取，形成的各种工况下的工程安全运行调度规则；

水力学模拟模型为采用控制建筑物作为划分节点，将输水干渠分为若干子段，建立能量方程、圣维南方程组的恒定流、非恒定流计算方程，通过联合求解，实现输水调度动态过程的模拟仿真，通过模拟计算出输水调度状态在未来一段时间的变化趋势；

所述输水调度状态判读是指通过获取输水调度实时监测数据，并结合历史监测数据，以输水调度安全运行规则库、水力学模拟模型的模拟结果作为约束条件和判断依据，实现输水调度状态自动判读，所述输水调度状态预警是指通过水力模拟模型模拟输水调度状态的动态变化趋势，并结合当前的输水调度状态生成输水调度状态预警信息。

2.根据权利要求1所述长距离引调水工程输水调度状态分析及预警系统，其特征在于：构建GIS可视化场景为按图层组织数据，控制各图层的显示状态，为各水工建筑物设置唯一编码，并建立与监测数据之间的关联，在GIS场景中查询节制闸、分水口、退水闸的实时和历史监测数据，图层包括：1)渠段、2)节制闸、3)分水口、4)退水闸、5)涵洞、6)倒虹吸、7)渡槽、8)水系、9)湖泊、10)道路、11)城镇和12)行政区划，其中8)～12)是引调水线路沿线与引调水工程相关的空间数据。

3.根据权利要求1所述长距离引调水工程输水调度状态分析及预警系统，其特征在于：所述水力学模拟模型中，

恒定流水面线通过下式能量方程计算，取得恒定流方程：

式中：Z₁为上游计算断面渠底高程，Z₂为下游计算断面水位，Y₁为上游计算断面水深，Y₂为下游计算断面水深，μ₁为上游计算断面平均流速，μ₂为下游计算断面平均流速，α₁、α₂为动能修正系数，令α₁＝α₂＝1，h_w为水头损失；

明流非恒定流过程通过圣维南方程组来描述，取得非恒定流方程：

式中：Q为流量，F为过水断面面积，μ为流速，Z为水位，c为均匀流公式中的谢才系数，R为湿周，q为单位长渠段上分出的流量，μ_qx为q在渠道水流方向上的流速分量，g为重力加速度；

针对弧形闸门，节制闸过闸流量可采用下式计算，取得节制闸过闸流量方程：

式中，Q为过闸流量，σ为淹没系数，m为流量系数，e为闸孔开度，b为闸孔宽度，ε为侧收缩系数，g为重力加速度，h为闸门上下游水位差；

利用恒定流方程计算输水调度目标状态，将非恒定流方程和节制闸过闸流量方程进行联合求解，实现对输水调度状态动态过程的模拟仿真。