趙天宇，吳同強(qiáng)，張翼鵬

（南水北調(diào)東線(xiàn)山東干線(xiàn)有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南250109）

南水北調(diào)東線(xiàn)山東段工程全長(zhǎng)1 191 km，分為南北、東西兩大輸水干線(xiàn)，形成“T”字形輸水大動(dòng)脈，東西輸水干線(xiàn)自東平湖渠首閘起，自西向東一路自流，干線(xiàn)長(zhǎng)704 km，沿線(xiàn)新建節(jié)制閘及倒虹涵閘作為控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行流態(tài)調(diào)控，設(shè)計(jì)流量50 m3/s，加大流量60 m3/s，形成梯級(jí)平穩(wěn)流態(tài)，確保干渠沿線(xiàn)各受水單位的分水口引水安全，穩(wěn)定可靠。自2013 年11 月15 日南水北調(diào)東線(xiàn)山東段工程正式通水以來(lái)，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益顯著，對(duì)山東省社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重大的戰(zhàn)略意義。

1 自流型渠道調(diào)度運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)有調(diào)度計(jì)算方法

自流型渠道調(diào)度運(yùn)行管理要求渠道內(nèi)水位保持梯級(jí)平穩(wěn)流態(tài)，以保障運(yùn)行安全、降低運(yùn)行成本為基本原則進(jìn)行科學(xué)調(diào)度，在運(yùn)行期盡量避免不必要的流量增減及大范圍閘門(mén)調(diào)控。自正式通水以來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)管理局及管理處根據(jù)所轄工程實(shí)際情況，逐漸摸索出三種較為實(shí)用的閘門(mén)開(kāi)度計(jì)算方法，并在歷年通水任務(wù)中進(jìn)行反復(fù)調(diào)整和細(xì)化，但尚未完全形成一套具有統(tǒng)一理論和標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)度控制技術(shù)，仍需要進(jìn)一步研究和提升。

1.1.1 經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算方法

濟(jì)南局濟(jì)東渠道管理處于“2013-2014 年度第二階段供水任務(wù)”期間率先提出并使用“淹沒(méi)出流經(jīng)驗(yàn)公式”計(jì)算方法作為閘門(mén)調(diào)控測(cè)算依據(jù)，同步開(kāi)展了與率定經(jīng)驗(yàn)公式中變量值取值范圍相配套的水情整理分析工作，根據(jù)研究數(shù)據(jù)率先提出了“唯一變量”經(jīng)驗(yàn)公式概念，并形成了相關(guān)的論文成果。

2019 年，南水北調(diào)自動(dòng)化調(diào)度運(yùn)行管理系統(tǒng)項(xiàng)目中委托黃委設(shè)計(jì)院對(duì)南水北調(diào)東線(xiàn)山東段工程自流型渠道進(jìn)行了“單閘模型”研究，根據(jù)工程特點(diǎn)明確了“唯一變量”經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算理論依據(jù)，并進(jìn)一步簡(jiǎn)化了經(jīng)驗(yàn)公式為：

1.1.2 比例分析測(cè)算方法

南水北調(diào)東線(xiàn)山東段工程在2020 年之前采取“三級(jí)調(diào)度、三級(jí)管理”調(diào)度運(yùn)行模式，在實(shí)際調(diào)度運(yùn)行值班工作中，受人力資源所限，各管理局及管理處普遍采取全員調(diào)水值班方式，專(zhuān)業(yè)人員與業(yè)余人員交替混雜著開(kāi)展調(diào)水工作，存在諸多不便與隱患。這一模式在2020 年后優(yōu)化為了“二級(jí)調(diào)度、三級(jí)管理”，將專(zhuān)業(yè)人員集中于二級(jí)調(diào)度的分調(diào)中心，以管理局所轄工程為單位集中調(diào)度管理，大幅提升了調(diào)度水平的專(zhuān)業(yè)性，進(jìn)一步保障了工程調(diào)度運(yùn)行安全可靠。

濟(jì)南局濟(jì)東渠道管理處研究編制了“濟(jì)東渠道段工程閘門(mén)開(kāi)度與水深流量關(guān)系對(duì)應(yīng)細(xì)分表”（詳見(jiàn)表1），該表研究制定了濟(jì)東渠道管理處所轄工程在單一流態(tài)下各控制節(jié)點(diǎn)水情的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在日常調(diào)度運(yùn)行值班工作中為非專(zhuān)業(yè)人員提供了保障性參考依據(jù)，切實(shí)提升和保障了調(diào)度運(yùn)行安全。

表1 濟(jì)東渠道段工程閘門(mén)開(kāi)度與水深流量關(guān)系對(duì)應(yīng)細(xì)分表

1.2 存在的主要問(wèn)題及建議

1.2.1 唯一變量公式未測(cè)算μ 值單閘邊界范圍

“唯一變量”的單閘模型計(jì)算公式，目前尚處于通用階段，計(jì)算誤差較大，需要根據(jù)歷史水情數(shù)據(jù)和單閘流量監(jiān)測(cè)確定每座閘站變量μ 的取值范圍，并進(jìn)一步關(guān)聯(lián)每座閘站μ 的變化聯(lián)系，才能真正具備應(yīng)用水平。建議組建專(zhuān)題研究課題組，對(duì)每座閘站變量μ 值的邊界范圍取值方法進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)并實(shí)施，將現(xiàn)有通用公式進(jìn)一步細(xì)化為“單閘唯一變量公式”。

1.2.2 比例分析測(cè)算僅適用于單一流態(tài)

比例分析測(cè)算方法在階梯級(jí)平穩(wěn)流態(tài)小流量微調(diào)時(shí)具有較高的便利優(yōu)勢(shì)，例如流量變化小于10 m3/s 時(shí)，僅對(duì)渠首閘進(jìn)行測(cè)算達(dá)到預(yù)期調(diào)整后流量后，按增減變化開(kāi)度與原開(kāi)度的比例關(guān)系便可以粗算其他各閘門(mén)的調(diào)整幅度，進(jìn)一步可以推算總結(jié)出各閘門(mén)在固定流態(tài)下的閘門(mén)開(kāi)度與流量比例關(guān)系，最終形成如表1 一樣的對(duì)應(yīng)細(xì)分表。但是該方法具有很大局限性，閘門(mén)開(kāi)度與水深流量關(guān)系對(duì)應(yīng)細(xì)分表成立的前提是同一流態(tài)不變，若是出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)反復(fù)小流量微調(diào)時(shí)，將會(huì)使流態(tài)誤差倍增，最終無(wú)法套用原比例對(duì)應(yīng)關(guān)系，只能通過(guò)短時(shí)間內(nèi)部分水位超限增減強(qiáng)行恢復(fù)初始流態(tài)，或者待平穩(wěn)后重新建立新比例關(guān)系的方式率定解決。

2 主動(dòng)控制流態(tài)方式方法

2.1 主動(dòng)控制流態(tài)的技術(shù)要素

2.1.1 理論計(jì)算

通過(guò)使用“淹沒(méi)出流經(jīng)驗(yàn)公式”或“唯一變量經(jīng)驗(yàn)公式”粗算單座閘門(mén)在不同流量時(shí)閘門(mén)的上下限范圍，由于粗算誤差較大，為避免上下限范圍過(guò)多重疊，可設(shè)計(jì)為每增加5 m3/s 的流量進(jìn)行一次計(jì)算，計(jì)算結(jié)果將用于分析不同平穩(wěn)流態(tài)時(shí)各閘門(mén)開(kāi)度的邊界范圍取值。

2.1.2 流態(tài)分析

當(dāng)自流型渠道渠首閘流量計(jì)至渠道末端流量計(jì)連續(xù)對(duì)應(yīng)平穩(wěn)3 d 以上，且期間沒(méi)有任何閘門(mén)調(diào)整的情況下，可以將此期間內(nèi)的流態(tài)視作為該流量下的一種平穩(wěn)流態(tài)，并可以提取其進(jìn)入流態(tài)數(shù)據(jù)集進(jìn)行下一步優(yōu)化篩選。

2.1.3 最優(yōu)流態(tài)篩選

最優(yōu)單一流態(tài)主要根據(jù)設(shè)計(jì)流量、設(shè)計(jì)水深以及歷年平均流量三項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行篩選，在設(shè)計(jì)流量以?xún)?nèi)提取平穩(wěn)流態(tài)時(shí)，要同時(shí)優(yōu)先選擇瞬時(shí)流量與歷年平均流量基本相同，以及各閘閘前水深均處在設(shè)計(jì)水深時(shí)的水情資料。由這種流態(tài)下分析統(tǒng)計(jì)出來(lái)的各閘站閘門(mén)開(kāi)度與流量對(duì)應(yīng)關(guān)系，在日常微調(diào)中最為穩(wěn)定。

2.2 流態(tài)設(shè)計(jì)

通過(guò)滿(mǎn)足主動(dòng)控制流態(tài)技術(shù)要素篩選而出的最優(yōu)流態(tài)，局部渠段也可能存在不科學(xué)、不經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題，特別是沿線(xiàn)分布有分水口的渠段，存在分水與不分水兩個(gè)狀態(tài)的局部最優(yōu)流態(tài)。此時(shí)將通過(guò)流態(tài)設(shè)計(jì)將整體最優(yōu)流態(tài)下的局部進(jìn)行二次設(shè)計(jì)優(yōu)化，形成以整體最優(yōu)流態(tài)為基礎(chǔ)的不同局部最優(yōu)流態(tài)方案，根據(jù)實(shí)際分水情況選擇對(duì)應(yīng)整體最優(yōu)流態(tài)控制。

2.3 選定特殊調(diào)蓄控制節(jié)點(diǎn)方法

在自流型渠道供水運(yùn)行過(guò)程中，受沿線(xiàn)分水口設(shè)備故障及臨時(shí)停電檢修等影響，會(huì)出現(xiàn)以小時(shí)或天為單位的短時(shí)間增減微調(diào)流量，一般這種小流量變化幅度在5 m3/s 左右。由于微調(diào)具有變化流量小，微調(diào)后間隔時(shí)間不長(zhǎng)便需恢復(fù)變化前流量的特點(diǎn)，所以在分水口上游選定2～3 段渠段作為特殊調(diào)蓄控制節(jié)點(diǎn)，以不節(jié)制低水位運(yùn)行控制，當(dāng)有需要時(shí)再進(jìn)行節(jié)制逐漸增加槽蓄量提高閘前水位，可以避免因小流量短時(shí)期微調(diào)造成的全線(xiàn)閘門(mén)開(kāi)度調(diào)整。待分水口恢復(fù)流量后，特殊調(diào)蓄控制節(jié)點(diǎn)逐步恢復(fù)至不節(jié)制低水位運(yùn)行狀態(tài)，讓多余水量以誤差級(jí)別穩(wěn)定緩慢消減，即可以最小的調(diào)度規(guī)模應(yīng)對(duì)小流量短時(shí)期微調(diào)。

3 結(jié) 語(yǔ)

南水北調(diào)東線(xiàn)山東段工程正式通水以來(lái)，歷經(jīng)7 個(gè)調(diào)水年度，已積累大量珍貴的水情數(shù)據(jù)。通過(guò)流態(tài)設(shè)計(jì)和主動(dòng)控制自流型渠道流態(tài)，可以更加科學(xué)、精準(zhǔn)、節(jié)省的進(jìn)行閘門(mén)調(diào)整，對(duì)南水北調(diào)自流型渠道調(diào)度運(yùn)行規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化具有重要意義。