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国外大型调水工程渠道运行控制综述

摘要：与常规的以经验为主的运行方式相比，考虑了水动力学影响、以多渠池串联的整个渠道系统为研究对象的渠道运行控制在增加调水工程的安全性、降低运行成本、提高输水效率等方面能取得更佳的效果。国外关于调水工程渠道控制的研究起步较早，基于非线性偏微分圣维南方程组发展了多种离散化、线性化等简化方法，建立了相应的控制模型，并从不同角度确定了其控制方法以及控制算法。参考已有的研究思路和方法，总结国外渠道运行控制的成果，对我国南水北调工程的运行控制有着重要的借鉴意义。

关键词：调水工程；运行调度；系统控制；南水北调工程

中图分类号：TV68 文献标识码：A

文章编号：1672-1683(2007)06-0030-06

Channel Operation Control of Overseas Inter-basin Water Transfers Projects

LI Fang-fang，WEI Jia-hua

(State Key Lab of Hydroscience and Engineering，Tsinghua

University，Beijing 100084，China)

Abstract：Compared with conventional approaches，the channel control with consideration of hydrodynamic effects in the multi-pool channel system achieved better results in increasing operating safety，reducing operating costs，improving efficiency，and other aspects of inter-basin water transfers projects.Studies abroad in this field started earlier.Various ways of discretization and linearization and such simplified methods were developed to solve the non-linear partial differential Saint-Venant equations.The relevant control models were also established，as well as the control methods、control algorithms from different point of views.Based on the existing research，a summing-up of the production on channels control played an important role in the reference for operation of South-to-North Water Transfer Project in China.

Key words：inter-basin water transfers projects；operation；systems control；South-to-North Water Transfer Project

大型调水工程输水渠道的运行调度是工程设计和运行中十分关键的技术问题。目前渠道控制理论中的难点集中在复杂边界条件下的水流运动与水力控制模型的非线性、同一水位下流量的多值性、水力模型参数的不确定性等带来的渠

系输水控制问题。早期的运行不考虑水动力学因素或者依靠经验处理水动力学因素的影响，在渠道系统里只设有少量的节制闸以控制局部渠段的水位。这不仅减少了供水的灵活性，还会降低工程安全性。对于跨流域长距离多渠道的大型调水工程，无论是从按时按量供水、最大限度满足用户需水要求的方面考虑，还是从渠道安全方面考虑，都需要进行全线运行控制调度。国外对于渠道控制的研究开展得较早，也取得了一定的成果。尤其在处理非线性偏微分圣维南方程组以及运行实践等方面，发展了一系列控制模型、控制方法及相应算法。本文总结了国外关于渠道控制取得的一些成果，以期为南水北调工程运行控制提供借鉴。

1 渠道运行控制理论

1.1 基本模型

明渠输水渠道的运行控制是一个系统问题，渠道被节制闸门分割为多个渠池，各渠池在运行期间相互干扰、相互作用。因此各节制闸门的开度应根据系统总体的水流状态变化来调节。其基本模型为多渠池串联的多变量系统。如图1所示：

1.2 渠道运行控制的最基本水力学方程