摘要：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。
关键词：南水北调；中线工程；输水调度；实时控制；策略研究
1导言
当前输水采用闸前常水位控制模式，控制策略采用前馈加反馈的混合控制方式。其基本思想是：当分水流量发生变化，系统需由当前恒定流状态逐步过渡到目标恒定流状态时，假设过闸流量线性变化，根据预计的流量过程实时计算得出闸门调整开度，并考虑上、下限水位的约束。
2概况
南水北调中线干线全长1432km，沿线设97座分水口，64座节制闸。64座节制闸把渠道分隔为相当于63个串联运行的小型水库，各渠池蓄量2×106m，～10×10sm，之间。输水以明渠自流输水为主、局部采用管涵。沿线暂无调蓄水库，需利用自身调蓄能力，调度控制难度大。国家水行政主管部门负责中线水量统一调度，下达年度水量调度计划。国家防汛抗旱总指挥部负责组织实施水量应急调度。长江水利委员会统筹丹江口水库来水预测、水库蓄水量和本流域水资源情况提出陶岔(中线干线入渠)年度可调水量。受水区各省(直辖市)水行政主管部门根据陶岔可调水量及本省用水情况，提出南水北调中线本省年度用水计划需求；当需水计划小于等于年度可调水量时按需水计划供水。当需水计划大于年度可调水量时，按照年度可调水量分配供水。各省(直辖市)按比例分水准则：以多年平均分水量为依据，各省市分水量执行“丰增枯减”。尽量使受水区各省(直辖市)的分水量不小于基本水量。丹江口水库南水北调中线陶岔渠首逐月优化输水调度，见图l。总干渠渠首闸多年平均调水量为95．0亿m3(其中含河南省刁河灌区6．0亿m，)，受水区各省(直辖市)多年平均分水量及比例。
3模拟试验的基本内容
3.1试验准备
模拟试验选择在白河渠道倒虹吸出口的四孔节制闸以及瀑河、北易水、坟庄河三个过流较小的节制闸进行，在进行相关模拟试验时，为求快速获得试验数据，应注意节制闸闸前、闸后两侧水位差至少在 20cm 以上，同时，两侧水位均不可高于总干渠上游水位，以免出现回流，在进行专项数据调取时，其他各处节制闸的输水量应是固定的，避免其他渠段水流影响试验数据。另外，试验进行时不可影响沿线各地取水工作。
3.2渠段内基本状况
所选白河渠道倒虹吸节制闸共有四孔，建设时四孔采取统一标准，内径宽均为 6.7m，除白河渠道倒虹吸节制闸外，试验段内还有大寨、半坡、田洼三个分水口门，试验中，这三个水口门全部关闭，同时，白河退水闸处于关闭状态。娃娃河、白条河、梅溪河倒虹吸出口控制闸也不参与试验。闸门开度定于 0.6 ～ 0.78m，在此渠段初始流量约为 80m 3 /s。瀑河、北易水、坟庄河的试验条件与此类似。
4输水调度
4.2调度自动化
南水北调中线建设了功能完备的调度管理系统、闸站监控系统和视频监控系统，实现了水位采集、闸门控制等自动化，通过自动化的流量、水位测量测控设备实现对全线流量的动态变化、分水水量的实时自动监控，为全线输水运行水量平衡计算提供技术支撑。总干渠正常输水调度采取以集中监控为主，人工控制为辅的方式。调度指令由总调度中心根据实时监测信息拟定，或由自动化调度系统直接生成，通过远控实现现地闸站的自动化操作，如自动化远控不成功，可现地操作。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
4.3调度数据分析
调度数据分析包括：全线调度辅助分析、全线水体统计分析、全线流速统计、全线水深统计。各节制闸基本信息包括：闸门名称、目标水位、设计水位、当前水位、距目标水位、距设计水位、2h涨幅、24h涨幅、24h闸前水位趋势；获得各节制闸24h闸前水位趋势图。可以查询并统计起始时间与截止时间段内全线水体相关信息；支持实时水体数据添加、修改、删除等功能。支持自定义查询统计时间，以列表形式展示全线节制闸名称、安装位置和24小时流速、闸前渠底高程、闸后渠底高程、设计水位、闸前水位、闸后水位、闸前渠道水深、闸后渠道水深、当前水位与设计水位差等信息，各分水口流速、流量及累计流量查询。
4.4水量应急调度协调问题
当汉江中下游发生“水华”、干旱灾害、水污染等突发事件，需要采取调整丹江口水库下泄流量等应急措施时，丹江口水库实际调度过程与调度计划将存在一定差别，应急调度期间有可能产生供水矛盾问题。在水量应急调度期，应统筹协调丹江口水库陶岔、清泉沟、汉江中下游供水，合理调配水量。当应急调度结束后，根据水库蓄水情况，建议适时调整年度水量调度计划。
5输水调度实时控制策略
5.1加强沿线节制闸特殊设施建设
通过对白河渠道倒虹吸出口的四孔节制闸以及瀑河、北易水、坟庄河三个节制闸的模拟试验，明显看出节制闸闸门开度调整对流量的影响，对这种影响加以控制，可以有效实现对输水调度的实时控制，其基本支持之一是加强对沿线各节制闸的建设，这种建设主要是设备设施建设。设备设施建设方面，由于现有节制闸建成时间较短，因此可以继续使用，主要的建设是对南水北调中线工程沿线一些在水流量增加时容易出现事故的危险渠段进行特殊建设，特殊建设主要是出于防御短时间内大流量水流危害的目的，其主要方式是修筑调蓄设施和建设防护堤坝。调蓄设施的主要用途是蓄水，使短时间内大量增加的水被储蓄起来，用于包括农业灌溉、工业生产以及水产养殖等需要，调蓄设施的修建需要遵从不破坏当地生态环境、不影响居民正常生活、不影响下游正常取水三个基本原则。在地点的选择上，应靠近用水地点，但不可过于接近居民点，避免水流泛溢造成破坏，在调蓄设施建成后，可铺设专门的输水管道或者开挖人工渠，为后续用水做准备。在调蓄设施的进水口和出水口，都应建设闸门，以保持随时调整进水量、用水量的能力。防护堤坝建设原则是在低洼地点以及靠近盐碱地附近的河岸，低洼地点可能造成水量集中，造成水流蔓延，破坏建筑、道路等，盐碱地一旦出现漫灌，很可能使土地使用价值大幅下降，盐类随着地下水升到土地表面，水分蒸发后，盐类富集，最终使土地退化、盐碱地面积进一步扩大，在靠近盐碱地的河岸周边建设堤坝，对水流进行阻挡，可以有效防止渠水的泛溢。
5.2水量调度计划的执行和调整
中线一期工程水量调度计划由丹江口水库运行管理单位和中线总干渠管理单位具体实施。各省(直辖市)用水需求出现重大变化时，可按市场机制依照相关程序转让年度水量调度计划分配的水量。丹江口水库运行管理单位和中线总干渠管理单位根据年度水量调度计划制订月水量调度方案，并于次月10日前将上月水量调度计划的执行情况报送国务院水行政主管部门。雨情、水情出现重大变化，月水量调度方案无法实施的，应当及时进行调整。年度调度计划的执行情况定期通报相关水行政、环境保护和交通运输主管部门。
6结语
南水北调中线实时调度控制策略应以以入渠、分水和渠道蓄水变化的水量平衡分析为基础，实施流量和水实施流量和水位的耦合控制，以目标流量进行宏观控制，并根据实际水位进行复核，调度策略既要考虑水位降幅的约束，也要综合考虑上、下游的水情，使调度策略更加具有可操作性。
参考文献
[1]曹玉升,畅建霞,陈晓楠,等.南水北调中线输水调度控制模型改进研究[J].水力发电学报,2016,(6):95-101.
[2]周梦,练继建,程曦,等.南水北调中线总干渠冰期运行调度措施研究[J].人民长江,2016,(21):106-109.
[3]彭同强.南水北调东线胶东干线输水调度模拟及控制[D].济南大学,2015.
论文作者:罗爱军
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年18期
论文发表时间:2019/11/7
标签：水量论文; 水位论文; 中线论文; 南水北调论文; 丹江口论文; 流量论文; 水库论文; 《工程管理前沿》2019年18期论文;