（水文學(xué)及水資源專業(yè)論文）感潮河段閘孔泄流安全調(diào)度實(shí)驗(yàn)研究.pdf

摘要 北溪引水工程是擔(dān)負(fù)著廈門(mén) 漳州兩地供水的十分重要的大型水源工程 同時(shí)兼 有防洪 灌溉 航運(yùn)和改善水質(zhì)環(huán)境功能 社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著 水閘工程的控 制運(yùn)用必須遵循工程安全和最大限度滿足用水需求原則 其運(yùn)行的優(yōu)劣直接影響城市 供水的保證程度 本文結(jié)合北溪引水工程的實(shí)際情況 通過(guò)理論分析與水文測(cè)驗(yàn)驗(yàn)證 相結(jié)合的方法 旨在探索不同的上下游水位組合條件下 分析閘孔的安全泄流規(guī)律 進(jìn)而制訂閘門(mén)的優(yōu)化調(diào)度方案并進(jìn)行系統(tǒng)集成 來(lái)指導(dǎo)閘門(mén)的運(yùn)行 論文的主要內(nèi)容 和研究成果如下 1 感潮河段水位流量關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜 利用先進(jìn)的測(cè)流儀器a d c p 快捷 準(zhǔn)確的測(cè) 出閘門(mén)下泄流量 在各種不同的工況下研究閘門(mén)的出流方式 流量系數(shù)的變化規(guī)律 率定閘門(mén)泄流工作曲線 2 受上游洪水和下游潮汐的影響 閘門(mén)下游的潮水位產(chǎn)生扭曲變形 研究受潮 水位頂托影日向下 廈門(mén)站 石碼站和閘下水位站的相關(guān)關(guān)系 解決閘下水位站的預(yù)報(bào) 問(wèn)題 提出了潮洪分離法和相應(yīng)水位法兩種預(yù)報(bào)方法 3 根據(jù)預(yù)報(bào)的流量過(guò)程和下游潮水位的變化過(guò)程 控制庫(kù)水位的變化范圍 依 據(jù)閘門(mén)安全運(yùn)行規(guī)程 研究閘門(mén)的優(yōu)化調(diào)度方法 給出合理最優(yōu)的閘門(mén)啟閉過(guò)程 4 采用面向?qū)ο蠹夹g(shù) 開(kāi)發(fā)了功能齊全 界面友好 操作靈活的閘門(mén)優(yōu)化調(diào)度 系統(tǒng) 該系統(tǒng)同時(shí)考慮了可用性 可靠性 以便于軟件系統(tǒng)的維護(hù) 再開(kāi)發(fā) 關(guān)鍵詞 a d c p 感潮河段 潮水位預(yù)報(bào) 閘門(mén)調(diào)度 a b s t r a c t n eb e i x iw a t e rd i v e f s i o np r o j e c ti si m p o r t a l l ta i l dh u g e 刪c hi su s c dm a i l l l yt o 跚p p l y 鋤e i la i l dz h 觚酣l o uw i mw a t e r a n db e s i d e s t of l o o dc o n 仃0 1 i 仃i g a t i o n s l l i p p i n ga 1 1 di 如 p r o v i n gw a t e rq u a l i t y a tm es 鋤et i m et h es o c i a la i l de c o r l o m i cb e n e f i t so f 粗c hi sp r o m i n e n t t h ec o n 缸 o la i l du s eo fs l u i c eg a t em u s tc o m p l yw i t l lm ep r i n c i p l eo f 刪鑼a i l dm e e tl l s e r sr e q u i r e m e n tt ot l l eu t m o s tc 印a c i t y a n dt l l eo p e r a t i o ns t a t eo fi t 麗l lm a l ed i r e c ti n 6 u e n c eo nm ew a t e rs u p p l yo fm ec i t i e s i i lt l l i sp a p e r c o n l b i n e dw i m t l l e p r a c t i c a l s i t u a t i o no ft h eb e i x iw a t e rd i v e r s i o np r o j e c t t 1 1 r o u 曲m em e t h o do f t 1 1 e o r e t i c a la l l a l y s i sa i l dh y d r o l o 酉c a lt e s t sv 耐矽 m es l u i c eg a t e ss e c 嘶t yd i s c h a r g el a wi s 鋤a l y z e di nt h ei n s t a i l c eo fd i 行b r e n tw a t e rl e v e l s a i l df 0 胍i i l gt h eo p t i m a lo p e r a t i n g s c h e m eo fs l u i c eg a t ea n dc a r 巧t h r o u 曲m es y s t e mi n t e 黟a t i o nt og u i d em eo p c r a t i o no f s l u i c eg a t e t h em a i nc o n t e n ta n dr e s e a r c hr e s u l t so fm i sp a p e ra r ea sf o l l o w s 1 d e t e c t i n gs u l i c eg a t e sd i s c h a r g e 缸t l ya n da c c u r a t e l yb yt h eu s eo f a d v a n c e dn u x m e a s e n te q u i p m e n t a d c p o w i n gt ot h es t a g e d i s c h a r g er e l a t i o n s h i p sc o m p l i c a t i o n i i lm ei n s t a l l c eo fm ev 撕o u sw o r kc o n d i t i o n s s t u d y i n go nt h ew a y st of l o wa n dv a d e t y r u l e so ff l o wc o e 佑c i e n t m a i i n gc e r t a i nm ew o r kc u eo fs l u i c eg a t ed i s c h a r g e 2 t h ew o r kc u l e o fw a t e rl e v e lo ns l u i c eg a t e d o w n s t r e 鋤c o m e i n gi n t ob e i n g d i s t o r t e d w h i c h i sa 行e c t e db ym eu p s r t e 鋤f l o o da n dt l l ed o w n s t r e 鋤t i d e t h e r e l a t i o n s h i p so fx i a m e ns t a t i o na n ds l l i m as t a t i o na j l dt h ew a t e rl e v e lo ns l u i c eg a t e d o w n s 骶a ma r es t u d i e db e c a u s eo fm et i d ee f i f e c t m e a n w h i l et h ep r o b l e mo fd o w n s 骶鋤 t i d a ll e v e lf o r e c a s ti ss o l v e d b r i n 西n gf o r w a r dm et w of o r e c a s tm e m o d s 咄et i d e n o o d s 印a r a t i o na r l dt l l ec o 玎e s p o n d i n g w a t e rl e v e l 3 a c c o r d i n gt ot h ef o r e c a s t i n gn o w 觚dd o w n s 仃e 鋤t i d e sc h a n g ep r o c e s s c o n t r o l i n g l ev a r i a t i o n 啪g eo ft h ew a t e rle v e lc h a i l g e si nr e s e r v o i r t l l em e l o do fg a t e so p t i m a l 0 p 酬i o ni s 西v e nb yt h cs e c 嘶t y 鋤do p e r a t i o ni i l s 仃u c t i o n s 恕l d 百v i n gt h eo p t i m a l h o i s t c l o s ep r o c e s so f g a t e 4 b ya d o p t i n gt l l eo o pt e c l l i l o l o g am u l t i f h n e t i o n a l i n t e 壤i c e 銜e n d l ya 1 1 d 0 p 酬i n gf l e x i b l yg a t ed i s p a t c hs y s t 鋤h a sb e 朗d e v d o p p c d f o rc o n s i d 嘶n gt 1 1 el l s e b i l i t y 觚dd 印e n d d b i l i t y s l e h r o n o u s l y t h es y s t e mi sc o n v e l l i e n t 南rm a j 1 1 t a i l l i n gs o f t w a r e k y w o d r s a d c p t i d a lr e a c h t i d a ll e v e lf o r e c a s t s l u i c eg a t eo p e r a t i o n 學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取 得的研究成果 盡我所知 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外 論 文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果 與我一同工作的同事 對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意 如不實(shí) 本人負(fù)全部責(zé)任 論文作者 簽名 3 迄選 2 8 年5 月日 學(xué)位論文使用授權(quán)說(shuō)明 河海大學(xué) 中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所 國(guó)家圖書(shū)館 中國(guó)學(xué)術(shù)期刊 光盤(pán)版 電子雜志社有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件或電子文 檔 可以采用影印 縮印或其他復(fù)制手段保存論文 本人電子文檔的內(nèi) 容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致 除在保密期內(nèi)的保密論文外 允許論文被 查閱和借閱 論文全部或部分內(nèi)容的公布 包括刊登 授權(quán)河海大學(xué)研究 生院辦理 論文作者 簽名 迄凌2 8 年5 月 日 感潮河段閘孔泄流安全調(diào)度實(shí)驗(yàn)研究第一章緒論 1 1 研究背景及意義 第一章緒論 地處感潮河段的水閘工程 往往由于庫(kù)容小 來(lái)水量較大 所以一般都是多 孔閘 隨著我國(guó)改革開(kāi)放和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 許多水閘工程由原來(lái)單一的供水模 式 轉(zhuǎn)變?yōu)橄虺青l(xiāng)供水 灌溉 防洪 航運(yùn)的多目標(biāo)綜合利用 而且供水標(biāo)準(zhǔn)也 越來(lái)越高 另一方面 由于水閘工程本身庫(kù)容特性和潮水作用等特點(diǎn) 沿用以往 的人工調(diào)度操作方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足同益增長(zhǎng)的供水要求 實(shí)現(xiàn)調(diào)度自動(dòng)化 不 但從根本上擺脫繁重的手工操作 而且可大大減少操作失誤 實(shí)現(xiàn)規(guī)范化和科學(xué) 管理 減少水資源浪費(fèi) 使工程的綜合效益得到充分發(fā)揮 所以 改進(jìn)調(diào)度技術(shù) 方法已勢(shì)在必行n 1 九龍江是福建省第二大河流 被稱為閩南人民的 母親河 九龍江北溪 引水工程位于福建省南部花果之鄉(xiāng)漳州市境內(nèi)是目前八閩最大的引水工程 以向 中國(guó)五大經(jīng)濟(jì)特區(qū)之一的廈門(mén)市供水為主 也為漳州市部份縣區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提 供可靠的水源保障 同時(shí)兼有防洪 航運(yùn)和改善水質(zhì)環(huán)境功能 社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì) 效益顯著乜 5 3 水閘工程的控制運(yùn)用必須遵循工程安全和最大限度滿足用水需求 原則 地處感潮河段的水閘 由于閘下潮水漲落變化直接影響閘孔出流的流速和 流態(tài) 特別是多孔閘 水文測(cè)驗(yàn)比較復(fù)雜 在制訂水閘的控制運(yùn)用方案時(shí) 基本 上都采用水力學(xué)原理或經(jīng)驗(yàn)方法確定 誤差很大 對(duì)消能防沖設(shè)施安全也十分不 利 刊 本文采用理論分析與工程原型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合方法 研究不同上下游水位組 合條件下閘孔的安全泄流規(guī)律 指導(dǎo)閘門(mén)的優(yōu)化調(diào)度方案編制 在國(guó)內(nèi)大型感潮 群閘尚屬首例 具有很好的推廣意義 本文以福建省九龍江北溪引水工程擋水閘的安全調(diào)度系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)為 背景 分析其安全調(diào)度中的主要影響因素 根據(jù)預(yù)報(bào)的入庫(kù)洪水和下游潮汐周期 性變化的潮位 以閘上水位穩(wěn)定 閘門(mén)泄流安全和閘門(mén)運(yùn)行能耗為約束條件 用 規(guī)劃約束理論和計(jì)算機(jī)技術(shù) 建立水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度模型 在導(dǎo)師的指導(dǎo)下 確定論文名稱為 感潮河段閘孔泄流安全調(diào)度實(shí)驗(yàn)研究 感潮河段閘孔泄流安傘調(diào)度實(shí)驗(yàn)研究 第一章緒論 1 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 2 1a d c p 應(yīng)用進(jìn)展 水文流量測(cè)驗(yàn)是水文測(cè)驗(yàn)中的一項(xiàng)主要內(nèi)容 流量測(cè)驗(yàn)的目的是要取得天然 河流以及水利工程地區(qū)河道經(jīng)調(diào)節(jié)控制后的各種徑流資料 為水利規(guī)劃 防汛抗 旱水利工程管理運(yùn)用和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供可靠的依據(jù) 在河流測(cè)驗(yàn)中 流速測(cè)量 方法較多 其中流速儀法是現(xiàn)在的常規(guī)測(cè)驗(yàn)方法 隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的 飛速發(fā)展 近年來(lái) 我國(guó)水文系統(tǒng)開(kāi)始引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的a d c p 測(cè)量設(shè)備用于河流的 流量測(cè)量 并受到廣泛好評(píng) 自2 0 世紀(jì)7 0 年代末以來(lái) a d c p 的觀測(cè)技術(shù)達(dá)到迅速發(fā)展 國(guó)際上出現(xiàn)了多 種類型的a d c p 如a m e t e k f u r u n 0 及r d i 等n 國(guó)內(nèi)外的眾多學(xué)者 如p i n k e l 1 9 8 0 1 引 j o y c e 等 1 9 8 2 1 9 8 4 n 3 1 鍆 j a m e s 1 9 8 3 n5 i c h e r s k i n 等 1 9 8 9 n 6 l w i l s o n 等 1 9 8 8 m 1 l u 等 1 9 9 9 n 8 3 k o s r o 等 1 9 8 6 憎3 k a n e k o 等 1 9 9 0 啪3 對(duì)a d c p 的制造 觀測(cè)及資料處理 分析技術(shù)做了大量研究 對(duì)a d c p 測(cè)驗(yàn)技術(shù)的 不斷完善 觀測(cè)精度的提高 做出了貢獻(xiàn) 宋志宏等 1 9 9 7 利用走航式a d c p 對(duì)長(zhǎng)江口流場(chǎng)形態(tài)和水文斷面的流量測(cè)量 進(jìn)行了研究瞳1 j 分別對(duì)徐六涇斷面的潮流量測(cè)量 福姜沙河段的分流比測(cè)量及寶 山港池的流場(chǎng)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了分析 認(rèn)為a d c p 以先進(jìn)的測(cè)驗(yàn)技術(shù) 較好地解決 了長(zhǎng)江口水域的潮流量測(cè)量以及水流結(jié)構(gòu) 潮流特性等問(wèn)題的調(diào)查研究 提供的 數(shù)據(jù)信息量是其它類型儀器無(wú)法比擬的 姚章民 2 0 0 2 對(duì)a d c p 在河流及河口水流測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)乜糾 其中 自1 9 9 3 年以來(lái) a d c p 就被用來(lái)對(duì)徐六涇斷面進(jìn)行有計(jì)劃有規(guī)律的定期走航式測(cè) 量 測(cè)量時(shí)機(jī)為每月測(cè)三個(gè)半日潮 并按大 中 小潮型施測(cè) a d c p 特別適合于流態(tài)復(fù)雜條件下的流量測(cè)驗(yàn) 具有測(cè)驗(yàn)時(shí)間短 減輕勞動(dòng)強(qiáng) 度且不受時(shí)間和斷面位置所限制的特點(diǎn) 比傳統(tǒng)的河流流量測(cè)量方法提高效率幾 十倍 但由于a d c p 的價(jià)格較昂貴 擁有此設(shè)備的單位只是少數(shù) 且我國(guó)現(xiàn)階段 仍未制定有關(guān)a d c p 的流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范 a d c p 的應(yīng)用現(xiàn)在僅限于專項(xiàng)的生產(chǎn)任務(wù) 但可以預(yù)見(jiàn) 由于a d c p 由傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器無(wú)可比擬的優(yōu)越性 隨著其技術(shù)的成熟 和價(jià)格的降低 其應(yīng)用將越來(lái)越廣泛 2 感潮河段閘孔泄流安全調(diào)度實(shí)驗(yàn)研究第一章緒論 1 2 2 感潮河段水位預(yù)報(bào)研究進(jìn)展 感潮河段的潮位預(yù)報(bào)也一直是研究者們討論的熱點(diǎn)問(wèn)題 針對(duì)感潮河段的復(fù) 雜特性 選擇怎樣的理論分析方法 怎樣進(jìn)行潮位預(yù)報(bào) 提高預(yù)報(bào)精度 這些都 是在對(duì)感潮河段進(jìn)行整治及利用中墮待解決的問(wèn)題 1 9 9 0 年 芮孝芳在文獻(xiàn) 感潮河段洪水演算方法的探討 中用s t v e n a n t 方程組的數(shù)值求解法建立了有支流交匯 集中入流等影響的感潮河段的洪水演算 方法 1 劉開(kāi)平在文獻(xiàn) 長(zhǎng)江下游感潮水流數(shù)值模擬探討 中也用s t v e n a n t 方程組的數(shù)值求解法對(duì)水位流量過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬 制 1 9 9 1 年郭大源等也在 文獻(xiàn) 感潮河段洪水位動(dòng)力數(shù)值預(yù)報(bào)方法在閩江下游的應(yīng)用 中再一次嘗試用 s t v e n a n t 方程組預(yù)報(bào)洪水位的方法 這類方法的運(yùn)算結(jié)果與基本資料的分析工 作密切相關(guān) 對(duì)河床穩(wěn)定性及實(shí)測(cè)水文資料的要求也較高皿引 1 9 9 4 年 曹升樂(lè)等在文獻(xiàn) 感潮河段水位預(yù)報(bào)方法研究 中總結(jié)了水位預(yù)報(bào) 的可能思路 并提出模糊相關(guān)識(shí)別法的概念 但沒(méi)有具體的應(yīng)用實(shí)例和比較分析 啪3 1 9 9 6 年芮孝芳在文獻(xiàn) 長(zhǎng)江下游感潮河段大洪水和特大洪水的形成及趨勢(shì) 中分析了長(zhǎng)江下游感潮河段大洪水和特大洪水高水位形成的水文因素 并指出年 最高洪水的可能變化趨勢(shì) 對(duì)該河段的洪水預(yù)報(bào)工作具有重要的指導(dǎo)意義弛引 1 9 9 7 年包為民等在文獻(xiàn) 感潮河段水位演算模型研究 中 以馬斯京根法基本 方程為基礎(chǔ)推導(dǎo)出了水位演算方法 使得水位成為直接預(yù)報(bào)對(duì)象 避免了流量轉(zhuǎn) 換成水位帶來(lái)的誤差乜引 1 9 9 9 年 c h i n g p i a ot s a i 和t s n o l i n gl e e 用b p 神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法作了潮位預(yù)報(bào)的嘗試 2 0 0 0 年 宋立松 魏高峰在文獻(xiàn) 感潮河 段水位過(guò)程預(yù)報(bào)探討 中運(yùn)用時(shí)問(wèn)序列和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法分別建立了洪水過(guò)程預(yù) 報(bào)的a r m a 2 1 模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 并側(cè)重于與傳統(tǒng)一維定床水流模型水位 預(yù)報(bào)方法的比較 預(yù)報(bào)結(jié)果顯示各類模型在預(yù)報(bào)不同類型水位時(shí)各有欠缺 預(yù)報(bào) 能力相對(duì)較好的是非恒定流計(jì)算和b p 網(wǎng)絡(luò) 時(shí)間序列的a r m a 模型的預(yù)報(bào)結(jié)果相 對(duì)較差 但b p 網(wǎng)絡(luò)對(duì)于洪水的預(yù)報(bào)能力也較差洶3 2 0 0 0 年 祝中吳在文獻(xiàn) 長(zhǎng)江鎮(zhèn)揚(yáng)河段潮位預(yù)報(bào)相應(yīng)水位法的改進(jìn) 中分析 了長(zhǎng)江鎮(zhèn)揚(yáng)河段潮位的主要影響因子 概況了常用的預(yù)報(bào)方法 根據(jù)時(shí)間序列理 論對(duì)相應(yīng)水位法作了改進(jìn) 對(duì)實(shí)測(cè)資料用多重線性回歸的方法率定模型參數(shù) 預(yù) 報(bào)結(jié)果合格 但是這種方法的預(yù)報(bào)精度在很大程度上受河段上下游其他站點(diǎn)的潮 3 感潮河段閘孔泄流安全調(diào)度實(shí)驗(yàn)研究第一章緒論 位預(yù)報(bào)或天文潮預(yù)報(bào)結(jié)果的影響呻1 2 0 0 3 年 黃國(guó)如等采用徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)方法進(jìn)行了感潮河段的洪水位預(yù)報(bào) 指出徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一類比較優(yōu)越 的前向式多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 其學(xué)習(xí)過(guò)程可以比通常的b p 方法快1 0 3 1 0 4 倍 但沒(méi) 有和其他的方法進(jìn)行比較 同年 s u p h a r a t i d s e r e e 也用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法也 對(duì)此作了嘗試 并與多元線性回歸預(yù)報(bào)結(jié)果相比較 得出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的預(yù)報(bào)精度 優(yōu)于多元線性回歸法 但沒(méi)有用其他的非線性方法進(jìn)行進(jìn)一步的比較 2 0 0 5 年 丁峰等在文獻(xiàn) 徑流的河口潮位預(yù)報(bào)方法研究 中建立了長(zhǎng)江口各 站的日均增水與大通徑流增量之間的關(guān)系 并利用所得關(guān)系式 根據(jù)上游徑流大 小 對(duì)潮汐預(yù)報(bào)的潮位進(jìn)行校正 使得最終的潮位預(yù)報(bào)精度明顯提高 2 l 但文獻(xiàn) 僅探討的是正常天氣下的河口潮位預(yù)報(bào)的情況 沒(méi)有考慮非常天氣下的情形 也 僅僅是對(duì)海洋中的做法作一些校正 并沒(méi)有從根本上解決感潮河段的潮位預(yù)報(bào)問(wèn) 題 1 2 3 閘門(mén)調(diào)度研究進(jìn)展 閘門(mén)調(diào)度實(shí)質(zhì)上就是加入了閘門(mén)啟閉規(guī)則約束條件的水庫(kù)調(diào)度 水庫(kù)調(diào)度的 研究是從徑流調(diào)度計(jì)算開(kāi)始的 哈桑的累積曲線方法最早使這個(gè)問(wèn)題有了一套完 整的計(jì)算方法 而a a 莫羅佐夫關(guān)于水庫(kù)調(diào)配調(diào)節(jié)的概念使調(diào)度圖成為水電站 水庫(kù)的調(diào)度管理依據(jù) 這種以調(diào)度圖和調(diào)度規(guī)則來(lái)指導(dǎo)水庫(kù)調(diào)度的方法至今仍被 廣泛采用 之后 由于現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué) 徑流調(diào)節(jié)理論 電子計(jì)算技術(shù)及控制技術(shù) 的迅速發(fā)展 使得以最大經(jīng)濟(jì)效益或其他物理量為目標(biāo)水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度得到迅速發(fā) 展 現(xiàn)在 隨著系統(tǒng)理論在水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度領(lǐng)域的不斷發(fā)展 大量的研究成果不斷 問(wèn)世 針對(duì)不同問(wèn)題的各種形式的模型也相繼出現(xiàn) 到目前為止 出現(xiàn)的較典型 的方法有如下幾大類 1 常規(guī)方法 水庫(kù)調(diào)度常規(guī)方法 亦稱傳統(tǒng)方法 一般指時(shí)歷法和統(tǒng)計(jì)法 水庫(kù)常規(guī)調(diào)度 是按過(guò)去實(shí)測(cè)的徑流時(shí)歷特征資料為依據(jù) 計(jì)算和編制的一組綜合考慮了各種可 能來(lái)水的調(diào)節(jié)調(diào)度線組成的調(diào)度圖 根據(jù)面臨時(shí)刻水庫(kù)蓄水在該圖中的位置 進(jìn) 行水庫(kù)調(diào)度 決策水庫(kù)放水 為水電站和其他綜合利用部門(mén)服務(wù) 它以實(shí)測(cè)資料 為依據(jù) 方法比較簡(jiǎn)單直觀 且可以匯集調(diào)度的決策人員的經(jīng)驗(yàn)和判斷能力 故 4 感潮河段閘孔泄流安全調(diào)度實(shí)驗(yàn)研究第一章緒論 仍然是目前普遍采用的方法 但是 由于常規(guī)調(diào)度圖依據(jù)的實(shí)測(cè)水文資料代表性 不夠 因此它指導(dǎo)的水庫(kù)調(diào)度方案通常只是一個(gè)可行解或合理解 而不是最優(yōu)解 常規(guī)調(diào)度很難處理多目標(biāo) 多約束 多維變量等復(fù)雜問(wèn)題 尤其對(duì)于水庫(kù)群和復(fù) 雜水利系統(tǒng)的調(diào)度更是如此口引 2 系統(tǒng)分析方法 自從貝塔朗菲于2 0 世紀(jì)4 0 年代提出一般系統(tǒng)論的概念以來(lái) 人們就開(kāi)始從 系統(tǒng)的角度對(duì)水庫(kù)調(diào)度進(jìn)行研究 第二次世界大戰(zhàn)后 隨著運(yùn)籌學(xué)從單純軍事和 戰(zhàn)爭(zhēng)中的應(yīng)用研究 轉(zhuǎn)移到經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域 以及隨后系統(tǒng)工程的出現(xiàn) 產(chǎn)生了水資源 系統(tǒng)工程 人們開(kāi)始用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)來(lái)解決水庫(kù)調(diào)度問(wèn)題 在國(guó)外 楊 y o u n g 于1 9 6 7 研究了確定來(lái)水情況下水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度 用貝爾曼 b e l l m a n 的動(dòng)態(tài)規(guī)劃最優(yōu)原理求得最優(yōu)控制問(wèn)題的解 h e i d a r i 等于1 9 7 1 年考 慮了四個(gè)水庫(kù)的實(shí)際問(wèn)題 首次提出并應(yīng)用離散微分動(dòng)態(tài)規(guī)劃法 d d d p 求解問(wèn) 題 b e c k e r 和y e h 在1 9 7 4 年用線性規(guī)劃方法研究了水庫(kù)最優(yōu)控制問(wèn)題 以直接 尋求水庫(kù)最優(yōu)運(yùn)行策略 n o p m o g c o l 和a s k e w 在1 9 7 6 年用多重增量動(dòng)態(tài)規(guī)劃技 術(shù) m i d p 研究此問(wèn)題 t a u x e 等在1 9 7 9 年研究了多目標(biāo)水庫(kù)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃問(wèn)題 我國(guó)在水資源系統(tǒng)分析方面的研究始于上世紀(jì)6 0 年代 但比較廣泛的研究 是在上世紀(jì)7 0 年代 到上世紀(jì)8 0 年代后期發(fā)展比較迅速 1 9 8 4 年董子敖等首 次提出和采用了計(jì)入徑流時(shí)空相關(guān)關(guān)系的 多目標(biāo)多層次優(yōu)化法 數(shù)學(xué)模型 1 9 8 6 年張玉新 馮尚友提出了多維決策的多目標(biāo)動(dòng)態(tài)規(guī)劃 m d m o d p 模型 將其應(yīng)用于 水庫(kù)水沙聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度 1 9 8 8 年以來(lái) 沈晉 馬光文針對(duì)美國(guó)學(xué)者s a a t y 上世 紀(jì)7 0 年代提出的a h p 法的優(yōu)缺點(diǎn) 研究提出了多目標(biāo)多模型系統(tǒng)的層次遞階控 制方法 1 9 9 2 陳守煌 周惠成對(duì)黃河防洪調(diào)度方案應(yīng)用了多目標(biāo)多層次理論和 模糊優(yōu)選分析方法進(jìn)行研究 形成決策支持系統(tǒng) 3 1 9 9 8 年解建倉(cāng)等以黃河干 流水庫(kù)群為實(shí)例 建立了優(yōu)化調(diào)度模型 采用大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)原理推導(dǎo)了模型的 求解算法盼5 為解決多目標(biāo)水庫(kù)調(diào)度 維數(shù)災(zāi) 提供了嶄新的途徑 大系統(tǒng)分解 協(xié)調(diào)模型成為優(yōu)化水庫(kù)群運(yùn)行策略的一種有效模型 3 模擬方法 水資源系統(tǒng)是一復(fù)雜巨型系統(tǒng) 為了尋求便于操作實(shí)施的方案 人們開(kāi)始應(yīng) 用模擬技術(shù)解決水資源問(wèn)題 模擬方法是利用數(shù)學(xué)關(guān)系式描述系統(tǒng)參數(shù)和變量間 5 感潮河段閘孔泄流安全調(diào)度實(shí)驗(yàn)研究第一章緒論 的關(guān)系 通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)模擬系統(tǒng)實(shí)際變化 具有較強(qiáng)的仿真性 國(guó)外最早的模擬 模型當(dāng)屬有名的哈佛水規(guī)劃 h a r v a r d w a t e r p r o g r a m 之后 針對(duì)特定水庫(kù)系統(tǒng) 的模擬模型不斷出現(xiàn) 如美國(guó)墾務(wù)局在上世紀(jì)7 0 年代研制的科羅拉多模擬系統(tǒng) 模擬了該流域內(nèi)大型水庫(kù)的供水 防洪 發(fā)電調(diào)度 還考慮了鹽的濃縮問(wèn)題 近 年來(lái)人們開(kāi)始尋求模擬優(yōu)化功能 模擬優(yōu)化就是在模擬模型中嵌入優(yōu)化結(jié)構(gòu) 1 9 9 5 年邵東國(guó)等人在數(shù)學(xué)論證的基礎(chǔ)上給出了模擬自行優(yōu)化的最有性和收斂性 準(zhǔn)則洶3 1 9 9 6 年崔遠(yuǎn)來(lái)等人在分析了水庫(kù)等調(diào)蓄工程狀態(tài)域及自優(yōu)化模擬技術(shù) 特征的基礎(chǔ)上 建立了以防洪及興利為目標(biāo)的水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度自優(yōu)化模擬模型b 7 j 1 9 9 7 年吳澤寧等人研究了一般流域及跨流域水資源系統(tǒng)的特點(diǎn) 并將模擬技術(shù) 和數(shù)學(xué)規(guī)劃方法相結(jié)合 建立了具有自優(yōu)化功能的通用流域水資源系統(tǒng)模擬規(guī)劃 模型嘞1 2 0 0 0 年李會(huì)安等人以黃河干流的上游梯級(jí)為例 根據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)度中用水 計(jì)劃和徑流預(yù)報(bào)的時(shí)段滾動(dòng)修j 下特點(diǎn) 研究了自優(yōu)化模擬技術(shù)在水量實(shí)時(shí)調(diào)度中 的應(yīng)用 并建立了黃河干流上游梯級(jí)水量實(shí)時(shí)調(diào)度自優(yōu)化模擬模型b 9 4 其它方法 隨著水資源系統(tǒng)理論的成熟和計(jì)算機(jī)軟件 硬件技術(shù)的飛速發(fā)展 考慮到水 資源決策分析及決策者參與決策的特點(diǎn) 研究者開(kāi)始把計(jì)算機(jī)技術(shù)引入水資源 從上世紀(jì)8 0 年代末開(kāi)始 水資源專家系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 遺傳算 法等成為水資源領(lǐng)域研究的熱點(diǎn) 另外 根據(jù)實(shí)際情況 將多種方法藕合也是一 種研究水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度的途徑 1 9 9 5 年胡鐵松等基于h o p f i e l d 連續(xù)模型 建立 了一般意義下的混聯(lián)水庫(kù)群優(yōu)化調(diào)度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 以水庫(kù)群優(yōu)化運(yùn)行策略作 為b p 網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本 通過(guò)b p 網(wǎng)絡(luò)對(duì)樣本的學(xué)習(xí)得到水庫(kù)群優(yōu)化調(diào)度函數(shù)h 引 2 0 0 0 年暢建霞等人以b p 網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ) 研究了西安市供水水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度函數(shù)的神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算過(guò)程 網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練時(shí)采用累積誤差校正算法 動(dòng)態(tài)調(diào)整學(xué)習(xí)率和慣性系 數(shù)法 實(shí)現(xiàn)了調(diào)度函數(shù)的隱式表達(dá) 不需要建立復(fù)雜系統(tǒng)的顯式關(guān)系式n l l 暢建 霞 王大剛分別提出了基于整數(shù)編碼的遺傳算法h 2 3 1 并將g a 與動(dòng)態(tài)規(guī)劃的計(jì) 算結(jié)果進(jìn)行了比較 解建倉(cāng)等對(duì)水資源調(diào)度管理決策支持系統(tǒng)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了 深入分析和探討h 4 i 陳守煌 邱林將隨機(jī)動(dòng)態(tài)規(guī)劃與非線性規(guī)劃和模糊優(yōu)選理論 等有機(jī)結(jié)合 提出了多目標(biāo)模糊優(yōu)選隨機(jī)動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型 并作于黃河梯級(jí)水電站 的優(yōu)化調(diào)度h 5 1 加拿大s o l i m a n c h r i s t e n s e n 綜合了多種優(yōu)化方法 對(duì)多水庫(kù) 6 感潮河段閘孔泄流安全調(diào)度實(shí)驗(yàn)研究第一章緒論 水電站系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行提出了多變量空間優(yōu)化模型呻1 1 3 主要研究?jī)?nèi)容 北溪水閘建有南北港2 組閘門(mén) 通過(guò)對(duì)閘門(mén)泄流進(jìn)行水力學(xué)理論分析計(jì)算 結(jié)合下游潮汐的周期性變化 假定不同的上下游水位組合 推求在不同的閘孔泄 流量條件下 不會(huì)產(chǎn)生遠(yuǎn)趨水躍的閘下水位 并建立其相關(guān)關(guān)系 通過(guò)實(shí)際的閘 門(mén)運(yùn)行 調(diào)節(jié)庫(kù)水位和閘孔下泄流量 在閘下游不同的水位 潮水位 條件下 用水文測(cè)驗(yàn)成果驗(yàn)證修正水力學(xué)理論分析的成果 根據(jù)預(yù)報(bào)的入庫(kù)洪水和下游潮 汐周期性變化的潮位 以閘上水位穩(wěn)定 閘門(mén)泄流安全和閘門(mén)運(yùn)行能耗為約束條 件 用規(guī)劃約束理論和計(jì)算機(jī)技術(shù) 建立水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度模型 主要工作及研究?jī)?nèi)容 1 不同的上下游水位組合情況下 閘門(mén)泄流量測(cè)驗(yàn)及資料整編 研究閘門(mén) 的出流方式 流量系數(shù)的變化規(guī)律 制定閘門(mén)泄流工作曲線 2 受河口地形和上游徑流的影響 閘門(mén)下游的潮水位產(chǎn)生扭曲變形 研究 本地區(qū)天文潮汐的變化規(guī)律及上游來(lái)水對(duì)潮汐的影響 3 根據(jù)預(yù)報(bào)流量過(guò)程和下游潮水位的變化過(guò)程 控制庫(kù)水位的變化范圍 閘門(mén)安全運(yùn)行規(guī)程 研究水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度方法 給出合理最優(yōu)的閘門(mén)啟閉過(guò)程 4 系統(tǒng)集成 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)管理和用戶操作界面 在上游來(lái)水 水庫(kù)儲(chǔ)留 閘門(mén)控制和下游潮位頂托的多種因素影響下 探討 閘門(mén)泄流計(jì)算精度和閘門(mén)優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題 擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題如下 l 應(yīng)用走航式a d c p 流速儀 快速 準(zhǔn)確測(cè)量河道的瞬時(shí)流量 2 受潮水位頂托影響下 在洪水調(diào)度時(shí) 閘門(mén)預(yù)泄流量估算的方法研究 3 研究受潮水位頂托影響下 廈門(mén)站 石碼站和閘下水位站的相關(guān)關(guān)系 解決閘下水位站的預(yù)報(bào)問(wèn)題 4 根據(jù)洪水預(yù)報(bào)結(jié)果 保證庫(kù)水位在允許變幅范圍內(nèi) 研究各種水勢(shì)和潮 勢(shì)下閘門(mén)節(jié)能優(yōu)化調(diào)度技術(shù) 1 4 論文安排 本論文安排如下 7 感潮河段閘孔泄流安全調(diào)度實(shí)驗(yàn)研究第一章緒論 第一章 緒論 綜述了本課題的選題經(jīng)過(guò) 包括課題名稱 選題依據(jù)以及研 究意義 提出了本文的主要研究?jī)?nèi)容 以及章節(jié)安排 第二章 研究區(qū)域概況及資料收集 概括介紹了本研究課題所在區(qū)域的地 理位置 地貌地質(zhì)情況 流域概況和工程概況 并對(duì)所搜集到的水文資料進(jìn)行了 深入分析 第三章 基于a d c p 的流量測(cè)驗(yàn) 對(duì)現(xiàn)代化的測(cè)流儀器 走航式a d c p 的 工作原理 流量計(jì)算方法以及使用中的注意事項(xiàng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹 提出了閘孔出 流流態(tài)的判別方法 并根據(jù)實(shí)測(cè)的閘門(mén)泄流量測(cè)驗(yàn)成果 率定出閘門(mén)在各種工況 下的泄流工作曲線 第四章 閘下潮水位預(yù)報(bào)模型 閘門(mén)下游的潮水位受到庫(kù)區(qū)上游的洪水波 和下游潮汐波的雙重影響 水位流量關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜 研究了本地區(qū)天文潮汐的變 化規(guī)律及上游來(lái)水對(duì)閘下水位的影響 提出了潮洪分離法和相應(yīng)水位法兩種水位 預(yù)報(bào)方法 并對(duì)兩種預(yù)報(bào)方法的精度進(jìn)行了評(píng)定和比較 第五章 北溪水閘優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng) 根據(jù)預(yù)報(bào)的入庫(kù)流量過(guò)程和下游潮水位 的變化過(guò)程 控制庫(kù)水位的變化范圍 在滿足閘門(mén)安全運(yùn)行規(guī)程的約束條件下 研究閘門(mén)優(yōu)化調(diào)度方法 給出合理最優(yōu)的閘門(mén)啟閉過(guò)程 系統(tǒng)集成 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù) 管理和用戶操作界面 第六章 總結(jié)與展望 總結(jié)了全部論文的主要研究成果 并指出了存在的問(wèn) 題和不足 對(duì)以后的研究進(jìn)行了進(jìn)一步的展望 感潮河段閘孔泄流安全調(diào)度實(shí)驗(yàn)研究 第二章研究區(qū)域概況及資料收集 第二章研究區(qū)域概況及資料收集 2 1 流域概況 九龍江是福建省第二大河流 被稱為閩南人民的 母親河 流域面積約 1 1 9 0 9 l i i l 2 年徑流量約1 1 7 4 6 1 0 8 m 3 全部經(jīng)河口南邊的兩個(gè)入?？趨R入河口 區(qū) 河口區(qū)東西長(zhǎng)2 1 k m 南北平均寬約6 5 k m 西寬 約9 k m 東窄 約3 5 k m 的狹長(zhǎng)海灣 該海灣的潮流為正規(guī)半日潮 潮差大 潮流急 總納水量平均約 7 5 1 2 1 0 8 m 3 4 7 1 正源是萬(wàn)安溪 發(fā)源于玳瑁山中心地帶的連城曲溪鄉(xiāng)黃勝村 其支流有小池 溪 小溪 雁石溪 豐城溪 新橋溪 寧洋河 新安溪 溪南河 坑子口溪 至 溪 赤溪 西江溪 溫水溪 仙溪 南房溪 坪溪 竹溪 林墩溪 龍津溪 馬 洋溪 北溪干流長(zhǎng)度2 7 4 k m 流域面積9 6 4 0k m 2 北溪河谷形態(tài)和地質(zhì)特點(diǎn)是 中上游 華安以上 巖層種類比較復(fù)雜 有砂巖 頁(yè)巖 石灰?guī)r 花崗巖 流紋巖 等 河谷笳地和峽谷相問(wèn) 如龍巖市區(qū)盆地 漳平市區(qū)盆地 華安縣城盆地和新 橋鎮(zhèn)盆地等 華安以下至河口則以花崗巖占優(yōu)勢(shì) 碌口以下已進(jìn)入下游河段 河 谷逐漸開(kāi)闊 河岸也漸低 河流的堆積作用也逐漸加強(qiáng) 到了浦南 距出口約4 3 k m 一帶 開(kāi)始進(jìn)入全省最大的平原 漳州平原 這里堆積占絕對(duì)優(yōu)勢(shì) 到漳州盆 地東南邊緣的江東橋一帶 河谷形態(tài)變狹窄 寬度不到2 0 0 m 出峽谷后與西溪 相匯 注入廈門(mén)港 九龍江出口處為溺谷型河口 江面寬闊 九龍江北溪發(fā)源于龍巖市西北的博平嶺梅花山一帶 上游稱雁石溪 主要支 流有萬(wàn)安溪 九鵬溪 新橋河 溪南河 龍津溪等 雁石溪與萬(wàn)安溪 九鵬溪 新安河匯合后流經(jīng)漳平 華安 薌城 長(zhǎng)泰 龍海 沿程又有溪南河和龍津溪匯 入 最后經(jīng)北引橋閘分南北港入廈門(mén)海域 2 2 地理位置 九龍江流域 漳州段 位于北緯2 4 0 1 2 2 5 0 4 4 東經(jīng)1 1 6 0 5 0 1 1 8 0 0 2 之間 是閩南最大的河流 包括該行政區(qū)內(nèi)的南靖 華安 長(zhǎng)泰 平和 龍海 9 感潮河段閘孔泄流安全調(diào)度實(shí)驗(yàn)研究第二章研究區(qū)域概況及資料收集 蘿城和漳浦各縣 市 的部分鄉(xiāng)鎮(zhèn) 九龍江徑流經(jīng)河口灣流入廈門(mén)灣 九龍江河口 灣位于廈門(mén)西海域 與北部的廈門(mén)西港 東面的廈門(mén)外港構(gòu)成倒 t 字形格局 九龍江河口灣位置如圖2 1 所示 2 3 地貌地質(zhì) 2 3 1 地貌 圖2 一l 九龍江河口灣位置圖 流域地勢(shì)自西北向東南傾斜 境內(nèi)主要山脈有北部的戴云山與西部的博平 嶺 源頭主峰巖頂山海拔為1 8 1 3 m 上游分水嶺高程1 0 0 0 1 6 0 0 m 北溪自潭口 以上多高山峻嶺 河流比降大 天然落差1 2 4 0 m 灘多流急 西溪在靖城以上流 經(jīng)群山峽谷之中 只在平和 南靖縣城及龍山 寶林一帶有幾個(gè)較大的甕地 北 溪的潭口和西溪的靖城以下河谷開(kāi)闊 沿岸為丘陵和平原 海拔一般在1 0 0 i i l 以 下 下游漳州平原 是福建省最大的沖積 海積平原 下游河床較寬 水流平緩 泥沙容易淤積 加上潮水頂托 每年淤積的泥沙向河口推進(jìn) 造成河口灣淺灘迅 速增長(zhǎng) 九龍江北溪和西溪于福河 澳頭段會(huì)合后開(kāi)始分叉 砂洲呈樹(shù)枝狀排列 l o 感潮河段閘孔泄流安全調(diào)度實(shí)驗(yàn)研究第二章研究區(qū)域概況及資料收集 在河口中 其中較大的有滸茂洲 東西達(dá)1 l l 1 1 1 烏礁洲 玉枕洲和郭洲等 砂 洲以東從水上三角洲前坡至口門(mén)達(dá)1 3 k m 水下地形由西向東傾斜 坡度為1 4 水深多數(shù)在5 m 左右 灣內(nèi)水下淺灘 沙洲 潮溝發(fā)達(dá) 雞嶼以西部分沙洲 低潮時(shí)九龍江流域 漳州段 的地貌類型以低山 丘陵為主 低山主要集中在龍海 長(zhǎng)泰 華安 南靖 平和4 縣的中部 丘陵主要集中在龍海 長(zhǎng)泰 南靖 平和 4 縣的中南部 平原和臺(tái)地主要分布在北溪 西溪和龍津下游和河口區(qū)的南靖 龍海 蘿城和長(zhǎng)泰4 縣h 1 2 3 2 地質(zhì) 九龍江流域 漳州段 地質(zhì)構(gòu)造大致分東西兩部分 東部屬福建省新華夏沉降 帶 分布中生帶侵入巖與火山巖 構(gòu)造方向?yàn)閚 n e 向 西部屬新華夏隆起帶 大 部分為上古生界和中生界地層分布 構(gòu)造方向?yàn)閚 e 或n n e 走向 自西而東相間 排列的復(fù)式向斜 復(fù)式背斜和斷層線 九龍江流域 漳州段 的侵入巖主要為花崗 巖及閃長(zhǎng)巖等 分布最廣為似斑狀 粗粒黑云母花崗巖 多分布于中下游 火山 巖性為凝灰熔巖 流紋巖及凝灰洪積砂卵石為主幾 平原區(qū)以沖積砂粘土 粘土 淤泥 卵礫石為主 殘坡積次之 濱海區(qū)以海積淤泥 砂質(zhì)淤泥 砂等為主 九龍江河口灣指自滸茂洲 玉枕洲以東至象鼻嘴 嶼仔尾連線的水下三角洲 海域 九龍江入海泥沙組成水下三角洲 前緣抵灣口 漢道河床 潮流沖溝發(fā)育 北側(cè)為侵蝕 剝蝕臺(tái)地 廣泛分布著花崗巖風(fēng)化后的殘積紅土層 貞庵 象鼻嘴 一帶由砂泥巖 火山巖組成圓緩低丘 海滄附近為花崗巖風(fēng)化的紅一土臺(tái)地 臨 海形成海蝕土岸和砂泥灘 南側(cè)為丘陵 構(gòu)成基巖海岸 岸線曲折 多灣澳 主 要出露燕山期花崗巖類巖石 局部有侏羅紀(jì)南園組火山沉積巖分布 西側(cè)為河口 段 系沖海積平原 其間因港道河漢發(fā)育而被分割成大小不同的幾個(gè)區(qū)片 即滸 茂洲 烏礁洲 玉枕洲等 呈三角洲狀 沉積物主要由粘土和粉沙質(zhì)粘土組成 下層乃海相淤泥 東側(cè)為口外海區(qū) 即廈門(mén)外港 水深寬坦 海底以淤泥質(zhì)沉積 為特征 九龍江流域 漳州段 的土壤主要有赤紅壤 紅壤 黃壤和水稻土4 種類 型 其分布面積約占流域總面積的9 5 其中 紅壤面積最大 約占全流域的6 2 赤紅壤次之 約占1 6 黃壤和水稻土分別約占8 和9 此外 還有少量紫色 土 約占2 沖積土 紅色石土和濱海風(fēng)沙土 鹽漬土h 1 感潮河段閘孔泄流安全調(diào)度實(shí)驗(yàn)研究第二章研究區(qū)域概況及資料收集 2 4 氣候水文 九龍江流域靠近北回歸線 受海洋氣團(tuán)影響 屬南亞熱帶季風(fēng)氣候 流域濕 潤(rùn)溫暖 雨量充沛 年平均氣溫2 0 9 極端最低氣溫3 2 年無(wú)霜期3 0 0 3 3 0 d 夏季盛行東南風(fēng) 冬季盛行西北風(fēng) 流域多年平均降水量1 5 9 0 唧 降水 量的年內(nèi)分配不均勻 春夏多雨 4 9 月份的降水量占全年的7 5 造成九龍江北溪洪水的降雨主要有4 5 月份的鋒面雨和6 1 0 月份的臺(tái)風(fēng) 雨 由于流域近臨東南沿海 臺(tái)風(fēng)雨則是造成本流域發(fā)生較大洪水的主要成因 九龍江北溪上游主要支流分布成扇形 匯流集中 再加上干流河道較陡 所 以其洪水具有匯流歷時(shí)短 匯流集中 峰高量大 突發(fā)性強(qiáng)等特點(diǎn) 龍津溪的暴雨及洪水特性與九龍江北溪相似 但因距沿海較近 受臺(tái)風(fēng)影響 較明顯 洪水暴漲暴落 由于匯流時(shí)間短 一般情況下龍津溪長(zhǎng)泰站出現(xiàn)洪峰的 時(shí)間常較北溪浦南站早 由于九龍江北溪與龍津溪的地理位置和下墊面因素基本致 造成流域較大洪 水主要是臺(tái)風(fēng)雨 所以干支流發(fā)生較大洪水幾乎同步 統(tǒng)計(jì)浦南站流量大予 5 0 0 0 m 3 s 的年最大洪水 發(fā)現(xiàn)其洪水出現(xiàn)時(shí)間與長(zhǎng)泰站一致 因匯流時(shí)間關(guān)系 長(zhǎng)泰站的洪峰出現(xiàn)時(shí)間一般比浦南站早l o h 左右 長(zhǎng)泰站的洪峰流量一般占浦南 站的1 0 3 0 平均為2 1 9 九龍江下游屬于感潮河段 5 0 年代 河口感潮區(qū) 北溪在龍海郭坑篁渡鐵橋 西溪在漳州市東新橋 自從修建北引左干渠 北引右干渠和西溪船閘后 潮區(qū)界 己下移 馬崎以下的河段 潮位變化明顯 枯水大潮差在2 5 3 米 小潮差l 1 5 米 平均潮差2 米左右 石碼月最大潮差一般為3 5 4 6 米 年最大潮差 超過(guò)4 1 米 外海潮波傳入九龍江口 兼有前進(jìn)波和駐波性質(zhì) 以駐波為主 漲 落潮最大流速分別出現(xiàn)在高潮前3 4 小時(shí)和高潮后l 2 小時(shí) 潮汐屬非正規(guī)半 日淺海潮 由于淺水效應(yīng) 往上游方向漲落潮歷時(shí)差增大 潮差減少 如廈門(mén)潮 位站漲落潮歷時(shí)分別是6 時(shí)1 3 分和6 時(shí)2 6 分 而石碼則是4 時(shí)0 1 分和8 時(shí)4 1 分 九龍江口潮流為非正規(guī)半同潮淺海潮流 屬于往復(fù)流 一般落潮流速大于漲 潮流速 江口斷面流速大于江內(nèi)斷面流速 南岸大于北岸 1 2 感潮河段閘孔泄流安全調(diào)度實(shí)驗(yàn)研究 第二章研究區(qū)域概況及資料收集 2 5 工程概況 福建省九龍江北溪引水工程南北港閘位于福建省南部漳州市境內(nèi) 是福建省 的一座大型水閘 水閘分為南北閘 為郭洲頭所隔 是北溪灌溉引水工程的重要 組成部分 其任務(wù)是提高河道水位 保證左 中 右干渠引水 左干渠從角美灌區(qū)渠道進(jìn)水閘一江東進(jìn)水閘進(jìn)水 右分水閘灌溉角美一海滄 灌區(qū) 左分水閘輸水給廈門(mén)灌區(qū)并兼顧城市供水 中干渠由郭洲頭進(jìn)水 灌溉紫 泥和郭洲沙洲耕地 右干渠從馬崎引水補(bǔ)充九龍江西溪灌區(qū)用水 7 原水閘樞紐按三級(jí)建筑設(shè)計(jì) 工程處于感潮區(qū) 采用5 0 年一遇洪水設(shè)計(jì) 1 0 0 年一遇洪水校核 上游設(shè)計(jì)水位7 8 9 m 下游水位7 5 l m 洪峰流量為1 0 3 5 0 m 3 s 上游校核水位8 2 0 m 下游水位7 9 0 m 洪峰流量位1 1 6 0 0 m 3 s 攔河閘設(shè) 計(jì)正常擋水位為4 8 m 閘下最低潮水位為一o 2 4 m 由于各種原因 自1 9 8 0 年5 月水閘投產(chǎn)以來(lái) 庫(kù)水位一直按4 2 0 m 運(yùn)行 圖2 2 為九龍江北溪引水工程布置 圖 2 5 1 南港閘 圖2 2 九龍江北溪引水一i 襻布置圖 南港閘為灌注樁基水閘 閘底板為分離式底板 共1 5 個(gè)閘孔 設(shè)有平板閘 門(mén) 閘門(mén)頂高程5 o o m 閘室總寬度2 0 0 0 0 m 單個(gè)閘底板寬1 1 9 0 m 長(zhǎng)2 0 0 0 m 感潮河段閘孔泄流安全調(diào)度實(shí)驗(yàn)研究第二章研究區(qū)域概況及資料收集 閘底板頂高程一2 o o m 閘前齒槽底高程一4 0 0 m 底板底高程為一3 3 0 m 閘底板由 3 0 c m 厚混凝土面層及1 o o m 厚漿砌條石組成 閘前齒槽下設(shè)3 0 0 m 深的木板樁 防滲 后采用防滲墻進(jìn)行加固 閘室上游設(shè)紅粘土鋪蓋防滲 其上采用漿砌條石 覆蓋 鋪蓋長(zhǎng)2 5 0 0 m 閘室下接4 0 0 m 長(zhǎng)濾滲板 再接消力池護(hù)坦 消力池護(hù) 坦板采用8 5 c m 厚漿砌條石 先啟孔底板頂高程一3 5 0 m 其它孔項(xiàng)高程一2 5 0 m 消力池下游布置有海漫及防沖槽 1 邊孔左側(cè)接有兩個(gè)旱閘 1 5 邊孔的右側(cè)接 有一個(gè)船閘和兩個(gè)旱閘 2 5 2 北港閘 北港閘閘室結(jié)構(gòu)形式分為整體式底板和灌注樁基分離式底板兩種 共2 5 個(gè) 閘孔 其中整體式底板1 7 孔 分離式底板8 孔 設(shè)有平板閘門(mén) 閘門(mén)頂高程5 o o m 閘室總寬度2 9 3 0 0 m 單個(gè)閘底板寬1 1 6 0 i i l 長(zhǎng)1 9 o o m 閘底板頂高程0 2 0 m 閘前齒槽底高程一1 8 0 m 底板底高程為一1 1 0 m 分離式底板由3 0 c m 厚混凝土面 層及1 0 0 m 厚漿砌條石組成 整體式底板采用13 0 c m 厚混凝土 閘前齒槽下設(shè) 3 0 0 m 深的木板樁防滲 后采用防滲墻進(jìn)行加固 閘室上游設(shè)1 0 0 c m 厚粘土鋪蓋 防滲 其上采用漿砌條石覆蓋 鋪蓋長(zhǎng)2 5 m 閘室下接4 0 0 m 長(zhǎng)濾滲板 再接消 力池護(hù)坦 消力池護(hù)坦板采用8 5 c m 厚漿砌條石 其中先啟孔底板頂高程一1 3 0 m 其它孔底板頂高程一0 3 0 m 消力池下游布置有海漫及防沖槽 兩側(cè)邊孔各以一個(gè) 旱閘與兩岸相連 南港 北港閘門(mén)示意圖如2 3 所示 1 4 感潮河段閘孔i l f f 流安全調(diào)度實(shí)驗(yàn)研究 第二章研究區(qū)域概況及資料收集 圖2 3 北溪引水i 稃南港 北港閘r j 示意l 糾 2 6 資料收集情況 2 6 1 九龍江北溪流域水文站網(wǎng)簡(jiǎn)介 北引閘址位于九龍江北溪河口河段 河源至北引閘址總長(zhǎng)為2 7 4 k m f 均坡 降為2 4 閘址以上流域面積9 6 4 0 k m 2 九龍江北溪干流與龍津溪支流在薌城 的吳蒲匯合 匯合處距干流浦南水文站8 8 k m 距支流k 泰水位站1 0 1 k m 距北 引閘址1 6 o k m 浦南水文站和長(zhǎng)泰站總控制面積9 4 1 2k m 2 約占閘址以 二流域 面積的9 8 1 浦南水文站 浦南水文站是九龍江北溪的控制站 控制面積為8 4 9 0k m 2 設(shè)立于1 9 5 0 年 至今已有5 2 年的連續(xù)實(shí)測(cè)流量資料 以及1 9 3 0 年 1 9 4 7 年兩年的洪水調(diào)查資 料 感潮河段閘孔泄流安全調(diào)度實(shí)驗(yàn)研究 第二章研究區(qū)域概況及資料收集 2 長(zhǎng)泰水位站 長(zhǎng)泰水位站是龍津溪的控制站 控制面積為9 2 2 k m 2 河長(zhǎng)7 0 k m 平均坡降 1 4 該站從1 9 5 9 年至今有連續(xù)4 4 年的水位觀測(cè)資料 漳州水文分局曾于1 9 8 4 年和1 9 9 8 年以后在長(zhǎng)泰水位站河段進(jìn)行流量測(cè)驗(yàn) 并分別修訂了水位流量關(guān)系 線 從實(shí)測(cè)的資料分析 長(zhǎng)泰站的水位流量關(guān)系 中高水時(shí)受長(zhǎng)泰大橋的控制 關(guān)系較穩(wěn)定 中低水時(shí)受河床沖淤變化影響而有所變化 根據(jù)水位站附近河道的 沖淤變化情況 1 9 9 1 年以前河床較為穩(wěn)定 所以1 9 9 1 年以前用1 9 8 4 年所修訂 的水位流量關(guān)系線推流 1 9 9 2 年以后由于人工采沙 河床不斷刷深 所以采用 1 9 9 8 年以后所修訂的水位流量線推流 另外 長(zhǎng)泰站1 9 6 0 年 6 9 和1 9 6 1 年 9 1 3 洪水均出現(xiàn)漫址和決堤現(xiàn)象 導(dǎo)致長(zhǎng)泰水位站觀測(cè)水位偏低 圖2 4 為九龍江北溪流域水文站網(wǎng)圖 圖2 4 九龍江北溪流域圖 1 6 感潮河段閘孔泄流安全調(diào)度實(shí)驗(yàn)研究第二章研究區(qū)域概況及資料收集 3 閘上 閘下水位站 閘上 閘下設(shè)有自計(jì)水位站 閘下至入?？谠O(shè)有石碼及廈門(mén)海洋潮位站 上 述水文資料及引水工程運(yùn)行資料為閘下南北港水位流量關(guān)系分析擬定提供基本 依據(jù) 2 6 2 流域水文資料分析 九龍江河口為九龍江西北溪的入海通道分為南 中 北三港 九龍江北溪從 北引工程的南北港橋閘分為南北兩港 南港至下游約1 5 k m 與九龍江西溪匯合后 流經(jīng)烏礁州又分南中二港 九龍江南港河段是指九龍江北溪供水工程南港閘下至 九龍江南溪匯合處的河段 該河段上游建有九龍江西 北