长距离自流型渠道输水控制的二步法研究

长距离自流型渠道输水控制的二步法研究

韩延成，高学平

（天津大学建筑工程学院，天津!"""#$）

摘要：提出了一种针对自流型渠道输水的最优化控制的两步法。第一步是控制各闸站流量使渠段水位（或蓄水量）达

到目标水位（或蓄水量），第二步是调整流量使渠段水位稳定。建立了使渠道内水流在最短时间内恢复到正常运行水

位的最优渠道输水控制模型。构建了长距离渠道输水控制的一系列约束条件，包括渠道下游需水量约束、最高控制

水位、水位最大容许下降速度、渠道容许过流能力、最少的开机次数等。提出了利用线性规划或将大系统分解为若

干子系统求解的方法。算例结果表明，用传统的渠道控制方法需要几天才能使水位恢复到目标水位的渠道，用本优

化方法控制，可以在几小时内使渠道水位达到目标水位并达到稳定。

关键词：长距离；渠道；最优控制；输水；自流；调度

中图分类号：%&’!!(")

文献标识码：*文章编号：’""’+,#-’（$"",）"!+")’)+".收稿日期：$"")+’$+’"；修订日期：$"".+"!+"/

作者简介：韩延成（’-#’0），男，甘肃天祝人，天津大学博士研究生，主要从事远距离输水调度自动控制研究。1+2345：63789:7;937<’$,(8=2渠道自动控制方法的研究，在国外开展的较早，而我国在这方面的研究较为滞后。早在’-.$年，一种叫

做>4??5:@37的控制方法就被应用到美国加州中央流域工程的AB437?C:B7渠道上［’］。以后许多控制方法被研究和

应用。’-#-年DE635FC4等［$］研究了一种叫电子水位过滤器补偿G 复位（1>+A>H I5EF B:F:?）的就地控制算法，用于

控制J=B747;渠道。它是在传统的比例G 积分控制中加入过滤水位波动的模块，以消除水位波动的影响。DK+

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［!］是一种等容积就地自动控制模型，相当于将控制水位点设在渠道的中央。应用的有L39:等渠道［)］。M G MN

［’］（比例G 比例复位）控制算法将微分控制引入渠道控制，应用于O23??4553［)］流域工程等。学者们也对大型复杂渠道的集中控制方法进行了研究。控制蓄量法是通过控制渠段蓄水量从而控制整个渠道运行，应用的有美国

加州调水工程、中亚利桑拿州调水工程等［.］。动态规划法应用动态规划原理建立输水控制模型，应用的有希腊

雅典供水工程等［)］。也有学者对另外一些控制方法进行了探索，如L@K%P 等预测法、线性二次规划法等［,，#］。

本文提出一种实用的两步法控制渠道输水运行的方法，其基本原理是在满足渠道输水所需的约束条件下（如满足水位、水位降落速度、流量、需水量、开机次数等条件），用线性规划的优化方法使渠道水位达到最优状态。第一步是控制各闸站（或泵站）流量使渠段水位（或蓄水量）达到目标水位（或蓄水量），第二步是调整流量使渠段水位（或蓄水量）稳定。

!数学模型的构建及求解

由于渠道控制过程中，闸门不可能完全按设定的流量运行，总会有误差，因此渠道运行一段时间后，总会偏离设定的目标水位。当水位超出其最高（或最低）控制水位时，为了不致漫堤，需将水位尽快恢复到目标水位。另外当渠道中间或上下游流量发生变化时，也需要实时调正。因此调正过程为当水位偏离目标水位时，在设定的时间内使渠道水位恢复到目标水位。当水位恢复到目标水位后，还应使渠道水位保持稳定。图’是一个典型渠道，将渠道通过这些控制站划分为!个渠段：’，$，…，!。优化变量取各渠段、不同时段的渠段末流量与渠段蓄水量。

第’#卷第!期

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