一种平板堰生态流量改造和计量系统及控制方法与流程

本发明涉及水利工程，尤其涉及一种平板堰生态流量改造和计量系统及控制方法。

背景技术：

1、生态流量是维系河湖生态系统结构和功能，提升河湖生态系统质量和稳定性的基础。目前调控断面的生态流量主要依靠上游水利工程按要求下泄水量维系，因此控制并计量上游水利设施下泄流量，是保障下游生态流量的关键。然而随着河道水能开发、取用水量增加和城市水景观需求，拦河水利工程日益增加，河道正常连通受阻，对生态流量的保障提出了较大挑战。平板堰作为一种常见的河道拦水建筑物，常用于抬高城市景观水位、加大上下游水位落差用以取水灌溉，但针对适用面广、分布密集的平板堰，目前虽可通过调整单块挡板倾斜角度或加装虹吸管道等形式实现流量的下泄，但调整单块挡板倾斜角度无法实现下泄流量的准确计量与实时调控，而虹吸管道又面临新增占地、影响水流流态、改造成本过高等方面的问题。因此，亟需一种平板堰生态流量改造和计量系统及控制方法，在确保生态流量精准计量、实时调控的基础上，也兼具结构简单、节约改造成本、水流流态平顺和不新增占地等优势。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提供了一种平板堰生态流量改造和计量系统及控制方法。

2、为达上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、本发明提供了一种平板堰生态流量改造和计量系统，所述一种平板堰生态流量改造和计量系统包括挡水装置、量水装置、监测装置以及挡水控制机构：

4、所述挡水装置包括阻水挡板，所述阻水挡板中间设置有第一开槽，所述第一开槽的两侧壁上分别设置有止水凸槽，所述阻水挡板上安装有连接器，且所述连接器位于所述阻水挡板的背水侧；

5、所述量水装置包括量水堰板，所述量水堰板的两侧分别设置有止水凹槽，所述量水堰板上设置有第二开槽，所述第二开槽采用三角堰缺口薄壁堰形式；

6、所述挡水控制机构包括电控液压杆，所述电控液压杆的顶端与所述连接器相连接，所述电控液压杆的末端固定于河床地面以下；

7、所述河床地面安装有电控绞盘，所述电控绞盘上连接有两根牵引绳的一端，两根所述牵引绳的另一端分别固定于所述量水堰板的顶部。

8、进一步的，本发明的一个较佳的实施例中，所述阻水挡板的底部设置有转轴，所述转轴固定于河床地面，所述阻水挡板、所述转轴以及河道共同形成封闭的阻水体系，以抬高水位。

9、进一步的，本发明的一个较佳的实施例中，所述量水堰板安装于所述阻水挡板的临水侧，所述止水凹槽与所述止水凸槽相互连接，且所述量水堰板的高度不超过阻水挡板的高度。

10、进一步的，本发明的一个较佳的实施例中，所述第一开槽的宽度大于或等于所述第二开槽的宽度，所述第一开槽的深度大于或等于所述第二开槽的深度，所述第一开槽的深度不超过阻水挡板高度的一半。

11、进一步的，本发明的一个较佳的实施例中，所述监测装置包括支撑杆，所述支撑杆呈直角形状，所述支撑杆的顶端安装有雷达水位计，且延伸于河道。

12、进一步的，本发明的一个较佳的实施例中，所述支撑杆的末端固定于上游河岸，所述雷达水位计连接控制系统，用于监测上游实时水位。

13、进一步的，本发明的一个较佳的实施例中，所述阻水挡板的背水侧设置有两根牵引杆，两根所述牵引杆分别对应于两根牵引绳，每根所述牵引杆内部安装有两个定滑轮，且两个所述定滑轮分别位于所述牵引杆的最顶端与最底端。

14、进一步的，本发明的一个较佳的实施例中，每根所述牵引绳贯穿于所对应的所述牵引杆内部，且所述牵引绳同时绕于两个所述定滑轮上。

15、本发明另一方面提供了一种平板堰生态流量改造和计量系统的控制方法，应用于任一项所述的一种平板堰生态流量改造和计量系统，包括如下步骤：

16、预设目标时间段，将所述目标时间段划分为均匀的子时间段，并获取各子时间段所显示的时间戳；

17、获取平板堰上游在各时间戳所对应历史水位值,基于支持向量机学习算法构建上游水位预测模型,将所述平板堰上游在各时间戳所对应历史水位值导入预测模型中进行训练，得到训练完成的上游水位预测模型；

18、获取当前时间戳,将所述当前时间戳导入所述训练完成的上游水位预测模型中进行计算，得到当前时间戳的上游水位预测值；

19、获取当前阻水挡板与河床之间的夹角值，同时获取阻水挡板的高度值，结合所述夹角值与所述阻水挡板的高度值进行正弦三角函数的计算，得到当前阻水挡板的下泄高度值；

20、判断所述上游水位预测值是否小于所述当前阻水挡板的下泄高度值，若小于，则计算所述上游水位预测值与当前阻水挡板的下泄高度值的差异，得到偏差阈值；

21、引入哈希算法计算出当前阻水挡板的下泄高度值与所述偏差值之间的哈希值，基于哈希值对电控液压杆进行回缩调控,以使阻水挡板下降达到下泄目的。

22、进一步的，本发明的一个较佳的实施例中，还包括如下步骤：

23、获取阻水挡板上第一开槽的底部高度值，判断当前时间戳的上游水位预测值是否大于所述阻水挡板上第一开槽的底部高度值；

24、若大于，则获取当前阻水挡板与垂直方向之间的夹角值，基于所述夹角值控制电控液压杆延伸，使阻水挡板与河床处于垂直状态，延伸完成后，获取当前量水堰板的高度值；

25、获取生态流量经验公式，基于所述生态流量经验公式构建初始计算模型，并将平板堰上游在各时间戳所对应历史水位值导入所述初始计算模型中进行训练，得到生态流量计算模型；

26、获取当前第一开槽底部与第二开槽底部之间的距离信息，将当前时间戳的上游水位预测值导入所述生态流量计算模型进行计算，得到当前时间戳的上游水位预测值所对应的下泄生态流量参数；

27、引入二次多项式回归算法对所述下泄生态流量参数以及所述距离信息进行曲线拟合，得到拟合曲线，并计算拟合曲线对应的二次项系数，根据所述二次项系数确定出调整因子；

28、基于所述调整因子对电控绞盘进行调控，以使得对上游水位通过量水堰板上的第一开槽进行生态流量下泄。

29、本发明的有益技术效果在于：

30、控制电控液压杆进行收缩，此时由于转轴的设置使得电控液压杆会带动阻水挡板向下翻折，从而实现减小挡水装置与河床之间夹角大小的目的，从而达到可控性的生态流量下泄动作；当需上游水位进行下泄时，则控制电控绞盘进行反转，此时牵引绳会逐渐延伸放出，且由于牵引绳受到量水堰板的重力作用，故而在电控绞盘逐渐转动下，使得量水堰板会逐渐可控的下降，当下降到指定的生态流量下泄高度时，电控绞盘停止转动，此时牵引绳拉住量水堰板同步停止下降，从而对量水堰板的高度进行固定，完成定量下泄动作，实现量水堰板对上游水位进行生态流量下泄的目的。本发明通过挡水装置、量水装置、监测装置、控制系统的有效结合，通过堰流公式准确计算量水装置的过堰水流流量，并实现动态水位下的生态流量实时调控，实现平板堰实时计量功能并具有较高的计量准确率，有效确保了下游河道生态流量达标。

技术特征：

1.一种平板堰生态流量改造和计量系统，所述一种平板堰生态流量改造和计量系统包括挡水装置、量水装置、监测装置以及挡水控制机构，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种平板堰生态流量改造和计量系统，其特征在于，所述阻水挡板的底部设置有转轴，所述转轴固定于河床地面，所述阻水挡板、所述转轴以及河道共同形成封闭的阻水体系，以抬高水位。

3.根据权利要求1所述的一种平板堰生态流量改造和计量系统，其特征在于，所述量水堰板安装于所述阻水挡板的临水侧，所述止水凹槽与所述止水凸槽相互连接，且所述量水堰板的高度不超过阻水挡板的高度。

4.根据权利要求1所述的一种平板堰生态流量改造和计量系统，其特征在于，所述第一开槽的宽度大于或等于所述第二开槽的宽度，所述第一开槽的深度大于或等于所述第二开槽的深度，所述第一开槽的深度不超过阻水挡板高度的一半。

5.根据权利要求1所述的一种平板堰生态流量改造和计量系统，其特征在于，所述监测装置包括支撑杆，所述支撑杆呈直角形状，所述支撑杆的顶端安装有雷达水位计，且延伸于河道。

6.根据权利要求5所述的一种平板堰生态流量改造和计量系统，其特征在于，所述支撑杆的末端固定于上游河岸，所述雷达水位计连接控制系统，用于监测上游实时水位。

7.根据权利要求1所述的一种平板堰生态流量改造和计量系统，其特征在于，所述阻水挡板的背水侧设置有两根牵引杆，两根所述牵引杆分别对应于两根牵引绳，每根所述牵引杆内部安装有两个定滑轮，且两个所述定滑轮分别位于所述牵引杆的最顶端与最底端。

8.根据权利要求7所述的一种平板堰生态流量改造和计量系统，其特征在于，每根所述牵引绳贯穿于所对应的所述牵引杆内部，且所述牵引绳同时绕于两个所述定滑轮上。

9.一种平板堰生态流量改造和计量系统的控制方法，应用于权利要求1-8任一项所述的一种平板堰生态流量改造和计量系统，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种平板堰生态流量改造和计量系统的控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：

技术总结本发明涉及一种平板堰生态流量改造和计量系统及控制方法，属于水利工程技术领域，所述挡水装置包括阻水挡板，所述阻水挡板中间设置有第一开槽，所述第一开槽的两侧壁上分别设置有止水凸槽，所述阻水挡板上安装有连接器，且所述连接器位于所述阻水挡板的背水侧；所述量水装置包括量水堰板，所述量水堰板的两侧分别设置有止水凹槽，所述量水堰板上设置有第二开槽，所述第二开槽采用三角堰缺口薄壁堰形式；所述挡水控制机构包括电控液压杆，所述电控液压杆的顶端与所述连接器相连接，所述电控液压杆的末端固定于河床地面以下。本发明能够对实现下泄流量的准确计量与实时调控，增强了装置的适用性，有效确保了下游河道生态流量达标。技术研发人员：刘达,洪昌红,胡涛,黄本胜,王珍,邱颂曦,刘中峰,杨凤娟,陈晖,张之琳受保护的技术使用者：广东省水利水电科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/2