一种用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置及试验方法与流程

本申请涉及河工模型试验，特别涉及一种用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置及试验方法。

背景技术：

1、随着城市建设程度的不断提高，各地防洪排涝压力剧增，行洪排涝功能减弱甚至丧失的城市河涌越来越受到重视，因此近年来城市河涌防洪排涝整治工程大量涌现。在河涌防洪排涝整治工程设计工作中，河涌调洪演算是必要且关键步骤，对确定河涌整治断面、泵站规模等至关重要。目前工程设计中一般采用数学模型进行河涌调蓄演算，计算中或未考虑河道的调蓄能力或只考虑静态容积影响，忽略了排涝的动态过程，计算结果和实际情况存在一定偏差；此外，数学模型方法难以直观展现排涝过程中河道水面线动态变化过程，不能有效支撑工程决策。为克服上述不足，满足日益提高的设计精度要求和决策需求，水利工作者开始尝试采用物理模型开展河涌调蓄试验。然而，河涌调蓄模型试验需对下边界进行动态控制，以准确模拟实际水位过程，这在上游来流量不断变化的情况下难以实现，一定程度上限制了物理模型试验方法在河涌整治工程设计中的应用。

2、申请内容

3、本申请的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置，操作简单、能够精确模拟动态水位过程，并将其应用于河涌调蓄试验。

4、本申请还提出一种使用上述用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置的试验方法。

5、根据本申请第一方面实施例的用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置，包括：河涌模型、水位控制池、蓄水池、排水渠、水位控制设备和控制终端；

6、所述水位控制池连接所述河涌模型并用于模拟所述河涌模型下游的动态水位过程，所述水位控制池、所述蓄水池和所述排水渠依次连接；

7、其中，所述水位控制设备包括水位数据采集组件和水位控制组件，所述控制终端被配置为能够接收所述水位数据采集组件采集的水位数据，并与给定的实际水位进行对比，根据对比结果确定控制指令，并将所述控制指令的信号传输至所述水位控制组件，以使所述水位控制组件能够实时调整抽水的流量或方向的至少之一。

8、根据本申请的第一方面实施例的用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置，至少具有如下有益效果：通过水位控制池、蓄水池、排水渠、水位控制设备以及控制终端的有效结合，在模型上游来水流量不断变化的情况下，可以自动对模型下边界水位进行实时调整，使之与给定的动态水位过程保持一致，解决了物理模型试验方法应用于河涌整治工程设计的限制性难题，弥补了数学模型方法的不足。

9、根据本申请的第一方面实施例所述的用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置，所述蓄水池和所述排水渠之间设置有溢流堰，所述蓄水池中多余水量由所述溢流堰流至所述排水渠。

10、根据本申请的第一方面实施例所述的用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置，所述水位控制池的前段设置有进水口，所述河涌模型的来水通过所述进水口进入所述水位控制池。

11、根据本申请的第一方面实施例所述的用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置，所述蓄水池与所述水位控制池之间设置有隔墙，所述水位控制组件设置在所述隔墙上并用于抽水至所述蓄水池或所述水位控制池。

12、根据本申请的第一方面实施例所述的用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置，所述水位数据采集组件包括自动跟踪式水位计，所述动跟踪式水位计安装于所述水位控制池并用于实时监测所述水位控制池的水位，所述自动跟踪式水位计适于将水位数据传输至所述控制终端。

13、根据本申请的第一方面实施例所述的用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置，所述水位控制组件包括变频器和双向变频泵，所述变频器适于接收所述控制终端的控制指令，并控制所述双向变频泵实时调整运转方向和转速。

14、根据本申请的第一方面实施例所述的用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置，所述水位控制设备包括网线组件，所述自动跟踪式水位计通过所述网线组件将水位数据传输至所述控制终端，所述变频器通过所述网线组件接收所述控制终端的频率信号，并将信号传输至所述双向变频泵。

15、根据本申请的第一方面实施例所述的用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置，所述控制终端被配置为可实时接收所述自动跟踪式水位计的水位数据并与给定的实际水位进行对比，根据对比结果确定频率调整方向及幅度，并将该信号传输至所述变频器。

16、根据本申请第二方面实施例的试验方法，使用如本申请的第一方面实施例所述的用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置，包括以下步骤：

17、用户在控制终端给定实际水位过程并设置初始频率，水位控制组件按初始频率启动运行；

18、水位数据采集组件监测水位控制池中水位，并将水位数据传至控制终端；

19、控制终端将实时水位数据与给定实际水位进行对比，若实时水位低于实际水位，控制终端将给出降低频率或负频率的控制信号，水位控制组件按控制信号调整频率后使由水位控制池中抽至蓄水池中的流量相应减小，或将蓄水池中水反抽至水位控制池中，以使水位控制池中水位随之升高直至与给定水位一致，反之亦然；

20、通过上述过程的持续调整使水位控制池与给定的水位过程保持一致，直至试验结束。

21、根据本申请第二方面实施例所述的试验方法，所述水位控制组件包括变频器和双向变频泵，用户在控制终端给定实际水位过程并设置初始频率，双向变频泵按初始频率启动运行；

22、控制终端将实时水位数据与给定实际水位进行对比，若实时水位低于实际水位，控制终端将给出降低频率或负频率的控制信号并将其传输至变频器，变频器按控制信号调整频率后，双向变频泵转速相应下降或反转，由水位控制池中抽至蓄水池中的流量相应减小，或将蓄水池中水反抽至水位控制池中，以使水位控制池中水位随之升高直至与给定水位一致，反之亦然。

23、不难理解，本申请第二方面实施例中的试验方法，具有如前所述第一方面实施例中的用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置的技术效果，因而不再赘述。

24、本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术实现思路

技术特征：

1.一种用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置，其特征在于，包括：河涌模型、水位控制池(100)、蓄水池(200)、排水渠(300)、水位控制设备(400)和控制终端(500)；

2.根据权利要求1所述的用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置，其特征在于：所述蓄水池(200)和所述排水渠(300)之间设置有溢流堰(210)，所述蓄水池(200)中多余水量由所述溢流堰(210)流至所述排水渠(300)。

3.根据权利要求1所述的用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置，其特征在于：所述水位控制池(100)的前段设置有进水口(110)，所述河涌模型的来水通过所述进水口(110)进入所述水位控制池(100)。

4.根据权利要求所述的用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置，其特征在于：所述蓄水池(200)与所述水位控制池(100)之间设置有隔墙，所述水位控制组件设置在所述隔墙上并用于抽水至所述蓄水池(200)或所述水位控制池(100)。

5.根据权利要求1至4任一项所述的用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置，其特征在于：所述水位数据采集组件包括自动跟踪式水位计(410)，所述动跟踪式水位计安装于所述水位控制池(100)并用于实时监测所述水位控制池(100)的水位，所述自动跟踪式水位计(410)适于将水位数据传输至所述控制终端(500)。

6.根据权利要求5所述的用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置，其特征在于：所述水位控制组件包括变频器(420)和双向变频泵(430)，所述变频器(420)适于接收所述控制终端(500)的控制指令，并控制所述双向变频泵(430)实时调整运转方向和转速。

7.根据权利要求6所述的用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置，其特征在于：所述水位控制设备(400)包括网线(440)组件，所述自动跟踪式水位计(410)通过所述网线(440)组件将水位数据传输至所述控制终端(500)，所述变频器(420)通过所述网线(440)组件接收所述控制终端(500)的频率信号，并将信号传输至所述双向变频泵(430)。

8.根据权利要求6所述的用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置，其特征在于：所述控制终端(500)被配置为可实时接收所述自动跟踪式水位计(410)的水位数据并与给定的实际水位进行对比，根据对比结果确定频率调整方向及幅度，并将该信号传输至所述变频器(420)。

9.一种试验方法，其特征在于，使用如权利要求1至8任一项所述的用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的试验方法，其特征在于：所述水位控制组件包括变频器(420)和双向变频泵(430)，用户在控制终端(500)给定实际水位过程并设置初始频率，双向变频泵(430)按初始频率启动运行；

技术总结本申请公开了一种用于河涌调蓄模型试验的动态水位精确控制装置及试验方法，装置包括河涌模型、水位控制池、蓄水池、排水渠、水位控制设备和控制终端；水位控制池连接河涌模型并模拟动态水位过程，水位控制池、蓄水池和排水渠依次连接；水位控制设备包括水位数据采集组件和水位控制组件，控制终端接收水位数据采集组件采集的水位数据并与给定的实际水位进行对比，根据对比结果确定控制指令，并将信号传输至水位控制组件，使水位控制组件实时调整抽水的流量或方向的至少之一。在模型上游来水流量不断变化的情况下，可以自动对模型下边界水位进行实时调整，使之与给定的动态水位过程保持一致。技术研发人员：刘中峰,黄本胜,刘达,李明,胡涛,洪昌红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：2024/7/15