一种长距离引调水工程多功能模拟系统及模拟方法技术方案

本发明专利技术公开了一种长距离引调水工程多功能模拟系统及模拟方法，包括若干个无压输水模拟单元、若干个有压输水模拟单元，所述相邻的无压输水模拟单元之间或者相邻的有压输水模拟单元之间或者无压输水模拟单元与有压输水模拟单元之间都通过多功能连接件连接，提供有压-有压、有压-无压、无压-无压、无压-有压四种流动过渡过程的模拟功能。本发明专利技术提供一种长距离引调水工程多功能模拟系统，为长距离引调水工程的水量控制、管渠安全、水量损耗、突发水污染、输水效率分析、优化运行等议题提供多功能试验分析平台，通过单元间的叠加串联，以及单元自身的螺旋布置方式，解决了长距离引调水工程模拟占地需求与有限室内场地的矛盾。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水利工程实验
，具体涉及一种长距离引调水工程多功能模拟系统及模拟方法。
技术介绍
我国水资源时空分布不均匀，水质型缺水问题也较为严重，水资源短缺已成为经济社会可持续发展的主要制约因素。跨流域引调水是是合理配置水资源、解决用水需求与供水能力矛盾的常见措施，为缓解我国北方地区的资源型缺水问题，我国正在实施“南水北调”这一世界级的跨流域调水工程。跨流域调水也是解决水质型缺水问题的有效手段，例如，为改善太湖河网与湖区水体的水环境状况，太湖流域实施了“引江济太”调水工程，取得良好效果。跨流域引调水工程一般具有大尺度、长距离、多载体、多形态等特点，对工程自身安全性要求较高；同时，为保证受水地区人民群众的饮水安全，输水水质安全保障也是跨流域引调水工程中需要重点关注的问题。长距离引调水工程的规划、设计与运行往往面临着高效控制、优化运行、应急处置等现实难题，例如，如何准确预测变化流量情形时引调水工程结构安全、如何预测分析突发污染水体输移传输过程中的环境风险、如何预判冰封期引调水传输效率等。由于引调水工程一般长度远远大于其渠道宽度，同时有压式和无压式输水的原理具有较大区别，难以采用常规的水利工程物理缩放建模的方法对工程全程进行室内试验分析，往往仅能依据经验分析和数学模型的方法进行计算分析。目前尚无成熟可靠的长距离引调水全程物理模型装置与方法，现有技术多见于长距离输水数值模拟方面，如《复杂长距离输水系统仿真优化研究》一文，将数字仿真模型应用于长距离输水系统优化调度研究中。有专利《长距离输水水质模拟装置》提出了一种长距离输水水质模拟装置，但该装置仅能模拟较单一的输水形式的水质迁移转化，不能适应超长距离、多种输水形态、多种指标监测、区间出入流等复杂条件的实际需求。为科学设计与管理跨流域引调水工程，对工程中的水量控制、管渠安全、水量损耗、突发水污染、输水效率分析、优化运行等议题进行直观的试验分析，需要研制一种适宜于室内的长距离引调水工程多功能模拟系统，能直观、准确、便捷地实时掌握水流、水质等指标的变化。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种长距离引调水工程多功能模拟系统及模拟方法，为长距离引调水工程的水量控制、管渠安全、水量损耗、突 发水污染、输水效率分析、优化运行等议题提供多功能试验分析平台。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术的一种长距离引调水工程多功能模拟系统，包括若干个无压输水模拟单元、若干个有压输水模拟单元，所述相邻的无压输水模拟单元之间或者相邻的有压输水模拟单元之间或者无压输水模拟单元与有压输水模拟单元之间都通过多功能连接件连接；所述无压输水模拟单元包括无压主流模拟装置、无压进水控制装置、无压出水控制装置、无压支流模拟装置、明渠流量监控装置、明渠水质监测装置；所述无压主流模拟装置包含用于模拟无压式引调水的输水主渠道流动的输水渠道，输水渠道上设有若干个采集水质的第一传感器，输水渠道为螺旋布置成圆盘状的明渠，输水渠道的上游位于圆盘状的明渠的中心位置，输水渠道中心底部安装有用于调节蓄水池高度进而改变输水渠道的沿程坡降的液压杆，蓄水池位于液压杆正上方，输水渠道的下垫面装有由多根温控管组成的渠道温度调节器，通过控制温控管内液体的温度实现对输水渠道内的水温控制；无压进水控制装置用于接受区间段上游来流及控制下泄流量，包括蓄水池和进水闸，其中蓄水池安置在上游，即输水渠道的中心位置，用于承接上游来流，蓄水池安装有进水闸控制蓄水池出水流量以便为本区间段输水；所述无压出水控制装置用于控制无压式引调水的区间出流，包括出水闸、缓冲池、无压管道阀、无压出水管、渠道出水口，其中出水闸安置在输水渠道下游末端处，与缓冲池相连，无压出水管水平安置在输水渠道的下部，一端通过无压管道阀与缓冲池相连，另一端设有渠道出水口；所述无压支流模拟装置用于模拟无压式引调水区间出入支流，包括清水支流进水口、污水支流进水口、支流出水口，均安装在缓冲池的侧边；所述明渠流量监控装置包含明渠流量监控台和安装于进水闸、出水闸、清水支流进水口、污水支流进水口、支流出水口、无压管道阀处的流量传感器，明渠流量监控台通过信号线与各个流量传感器连接；所述明渠水质监测装置包括明渠指标显示台和可拆卸式的明渠多功能监测终端，明渠多功能监测终端通过信号线与无压主流模拟装置中的第一传感器连接，明渠指标显示台通过信号线接受存储多功能监测终端的监测数据并实时显示；所述有压输水模拟单元包括有压主流模拟装置、有压进出水控制装置、有压支流模拟装置、管道流量监控装置、管道水质监测装置；所述有压主流模拟装置包括上层输水管道和下层输水管道，所述上层输水管道和下层输水管道平行安置且螺旋布置成圆盘状，上层输水管道和下层输水管道通过多口连接器进行连接，上层输水管道和下层输水管道上设有若干个采集水质的第二传感器，上层输水管道与下层输水管道之间装有多根温控管组成的管道温度调节器；所述有压进出水控制装置包括上管道控制闸、下管道控制闸、上管道泄压阀、下管道泄压阀，上层输水管道和下层输水管道中心位置安置有兼 具进水和出水的双重作用的上管道控制闸和下管道控制闸，上管道泄压阀和下管道泄压阀分别安装于上层输水管道和下层输水管道上，均靠近多口连接器；所述有压支流模拟装置包括支路进水口和支路出水口，安装在多口连接器的侧边；所述管道流量监控装置包含管道流量监控台和安装于管道控制闸、下管道控制闸、支路进水口、支路出水口上的流量传感器，管道流量监控台通过信号线与流量传感器连接；所述管道水质监控装置包括管道指标显示台和管道多功能监测终端，其中管道多功能监测终端通过信号线与第二传感器连接，指标显示台可通过信号线接受存储管道多功能监测终端的监测数据并实时显示；所述多功能连接件包含多功能水流转换装置，包括锥形消能阀、变频水泵、进水口调节装置、出水口调节装置、状态控制开关、连接腔、连接管；所述锥形消能阀有“开”和“关”两种工作状态，由支撑杆固定于连接腔内壁，锥形消能阀上端与进水口调节装置密闭连接，锥形消能阀下端连接连接管，进水口调节装置与渠道出水口或下管道控制闸连接；所述变频水泵有“低压”和“高压”两种工作状态，变频水泵一端与出水口调节装置连接，另一端与连接管密闭连接，出水口调节装置与进水闸或上管道控制闸连接；所述进水口调节装置、出水口调节装置通过可锁定的螺栓分别安装在连接腔上端与下端，连接腔外壁安装有控制锥形消能阀的状态控制开关。作为优选，所述无压支流模拟装置的清水支流进水口和支流出水口分别与可逆水泵连接，通过一台可逆水泵控制进出流量，污水支流进水口与污水泵连接，通过一台污水泵控制进流量。作为优选，所述圆盘状的无压主流模拟装置的内外圈的明渠之间由圆形隔板隔开，隔板的顶端有矩形凸起，矩形凸起外安装明渠水质监测装置中的明渠多功能监测终端；作为优选，所述明渠多功能监测终端包括拱形支架、上游测量臂、下游测量臂，其中拱形支架断面形状类似门形，可卡在圆形隔板顶端的矩形凸起上，所述上游测量臂和下游测量臂的一端均为渠道传感器安装口，另一端均通过可旋转吊环螺丝安置在拱形支架上，使其可根据需要调节渠道传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长距离引调水工程多功能模拟系统，其特征在于：包括若干个无压输水模拟单元(1)、若干个有压输水模拟单元(2)，所述相邻的无压输水模拟单元(1)之间或者相邻的有压输水模拟单元(2)之间或者无压输水模拟单元(1)与有压输水模拟单元(2)之间都通过多功能连接件(3)连接；所述无压输水模拟单元(1)包括无压主流模拟装置(11)、无压进水控制装置(12)、无压出水控制装置(13)、无压支流模拟装置(14)、明渠流量监控装置(15)、明渠水质监测装置(16)；所述无压主流模拟装置(11)包含用于模拟无压式引调水的输水主渠道流动的输水渠道(104)，输水渠道(104)上设有若干个采集水质的第一传感器，输水渠道(104)为螺旋布置成圆盘状的明渠，输水渠道(104)的上游位于圆盘状的明渠的中心位置，输水渠道(104)中心底部安装有用于调节蓄水池(101)高度进而改变输水渠道(104)的沿程坡降的液压杆(103)，蓄水池(101)位于液压杆(103)正上方，输水渠道(104)的下垫面装有由多根温控管组成的渠道温度调节器(116)，通过控制温控管内液体的温度实现对输水渠道(104)内的水温控制；无压进水控制装置(12)用于接受区间段上游来流及控制下泄流量，包括蓄水池(101)和进水闸(102)，其中蓄水池(101)安置在上游，即输水渠道(104)的中心位置，用于承接上游来流，蓄水池(101)安装有进水闸(102)控制蓄水池(101)出水流量以便为本区间段输水；所述无压出水控制装置(13)用于控制无压式引调水的区间出流，包括出水闸(105)、缓冲池(106)、无压管道阀(107)、无压出水管(108)、渠道出水口(109)，其中出水闸(105)安置在输水渠道(104)下游末端处，与缓冲池(106)相连，无压出水管(108)水平安置在输水渠道(104)的下部，一端通过无压管道阀(107)与缓冲池(106)相连，另一端设有渠道出水口(109)；所述无压支流模拟装置(14)用于模拟无压式引调水区间出入支流，包括清水支流进水口(110)、污水支流进水口(111)、支流出水口(112)，均安装在缓冲池(106)的侧边；所述明渠流量监控装置(15)包含明渠流量监控台(113)和安装于进水闸(102)、出水闸(105)、清水支流进水口(110)、污水支流进水口(111)、支流出水口(112)、无压管道阀(107)处的流量传感器，明渠流量监控台(113)通过信号线与各个流量传感器连接，明渠流量监控台(113)通过信号线与流量传感器连；所述明渠水质监测装置(16)包括明渠指标显示台(114)和可拆卸式的明渠多功能监测终端(115)，明渠多功能监测终端(115)通过信号线与无压主流模拟装置(11)中的第一传感器连接，明渠指标显示台(114)通过信号线接受存储多功能监测终端(115)的监测数据并实时显示；所述有压输水模拟单元(2)包括有压主流模拟装置(21)、有压进出水控制装置(22)、有压支流模拟装置(23)、管道流量监控装置(24)、管道水质监测装置(25)；所述有 压主流模拟装置(21)包括上层输水管道(202)和下层输水管道(206)，所述上层输水管道(202)和下层输水管道(206)平行安置且螺旋布置成圆盘状，上层输水管道(202)和下层输水管道(206)通过多口连接器(204)进行连接，上层输水管道(202)和下层输水管道(206)上设有若干个采集水质的第二传感器，上层输水管道(202)与下层输水管道(206)之间装有多根温控管组成的管道温度调节器(213)；所述有压进出水控制装置(22)包括上管道控制闸(201)、下管道控制闸(207)、上管道泄压阀(203)、下管道泄压阀(205)，上层输水管道(202)和下层输水管道(206)中心位置安置有兼具进水和出水的双重作用的上管道控制闸(201)和下管道控制闸(207)，上管道泄压阀(203)和下管道泄压阀(205)分别安装于上层输水管道(202)和下层输水管道(206)上，均靠近多口连接器(204)；所述有压支流模拟装置(23)包括支路进水口(208)和支路出水口(209)，安装在多口连接器(204)的侧边；所述管道流量监控装置(24)包含管道流量监控台(210)和安装于管道控制闸(201)、下管道控制闸(207)、支路进水口(208)、支路出水口(209)上的流量传感器，管道流量监控台(210)通过信号线与流量传感器连接；所述管道水质监控装置(25)包括管道指标显示台(211)和管道多功能监测终端(212)，其中管道多功能监测终端(212)通过信号线与第二传感器连接，指标显示台(211)可通过信号线接受存储管道多功能监测终端(212)的监测数据并实时显示；所述多功能连接件(3)包含多功能水流转换装置(31)...

【技术特征摘要】
1.一种长距离引调水工程多功能模拟系统，其特征在于：包括若干个无压输水模拟单元(1)、若干个有压输水模拟单元(2)，所述相邻的无压输水模拟单元(1)之间或者相邻的有压输水模拟单元(2)之间或者无压输水模拟单元(1)与有压输水模拟单元(2)之间都通过多功能连接件(3)连接；
所述无压输水模拟单元(1)包括无压主流模拟装置(11)、无压进水控制装置(12)、无压出水控制装置(13)、无压支流模拟装置(14)、明渠流量监控装置(15)、明渠水质监测装置(16)；所述无压主流模拟装置(11)包含用于模拟无压式引调水的输水主渠道流动的输水渠道(104)，输水渠道(104)上设有若干个采集水质的第一传感器，输水渠道(104)为螺旋布置成圆盘状的明渠，输水渠道(104)的上游位于圆盘状的明渠的中心位置，输水渠道(104)中心底部安装有用于调节蓄水池(101)高度进而改变输水渠道(104)的沿程坡降的液压杆(103)，蓄水池(101)位于液压杆(103)正上方，输水渠道(104)的下垫面装有由多根温控管组成的渠道温度调节器(116)，通过控制温控管内液体的温度实现对输水渠道(104)内的水温控制；无压进水控制装置(12)用于接受区间段上游来流及控制下泄流量，包括蓄水池(101)和进水闸(102)，其中蓄水池(101)安置在上游，即输水渠道(104)的中心位置，用于承接上游来流，蓄水池(101)安装有进水闸(102)控制蓄水池(101)出水流量以便为本区间段输水；所述无压出水控制装置(13)用于控制无压式引调水的区间出流，包括出水闸(105)、缓冲池(106)、无压管道阀(107)、无压出水管(108)、渠道出水口(109)，其中出水闸(105)安置在输水渠道(104)下游末端处，与缓冲池(106)相连，无压出水管(108)水平安置在输水渠道(104)的下部，一端通过无压管道阀(107)与缓冲池(106)相连，另一端设有渠道出水口(109)；所述无压支流模拟装置(14)用于模拟无压式引调水区间出入支流，包括清水支流进水口(110)、污水支流进水口(111)、支流出水口(112)，均安装在缓冲池(106)的侧边；所述明渠流量监控装置(15)包含明渠流量监控台(113)和安装于进水闸(102)、出水闸(105)、清水支流进水口(110)、污水支流进水口(111)、支流出水口(112)、无压管道阀(107)处的流量传感器，明渠流量监控台(113)通过信号线与各个流量传感器连接，明渠流量监控台(113)通过信号线与流量传感器连；所述明渠水质监测装置(16)包括明渠指标显示台(114)和可拆卸式的明渠多功能监测终端(115)，明渠多功能监测终端(115)通过信号线与无压主流模拟装置(11)中的第一传感器连接，明渠指标显示台(114)通过信号线接受存储多功能监测终端(115)的监测数据并实时显示；
所述有压输水模拟单元(2)包括有压主流模拟装置(21)、有压进出水控制装置(22)、有压支流模拟装置(23)、管道流量监控装置(24)、管道水质监测装置(25)；所述有 压主流模拟装置(21)包括上层输水管道(202)和下层输水管道(206)，所述上层输水管道(202)和下层输水管道(206)平行安置且螺旋布置成圆盘状，上层输水管道(202)和下层输水管道(206)通过多口连接器(204)进行连接，上层输水管道(202)和下层输水管道(206)上设有若干个采集水质的第二传感器，上层输水管道(202)与下层输水管道(206)之间装有多根温控管组成的管道温度调节器(213)；所述有压进出水控制装置(22)包括上管道控制闸(201)、下管道控制闸(207)、上管道泄压阀(203)、下管道泄压阀(205)，上层输水管道(202)和下层输水管道(206)中心位置安置有兼具进水和出水的双重作用的上管道控制闸(201)和下管道控制闸(207)，上管道泄压阀(203)和下管道泄压阀(205)分别安装于上层输水管道(202)和下层输水管道(206)上，均靠近多口连接器(204)；所述有压支流模拟装置(23)包括支路进水口(208)和支路出水口(209)，安装在多口连接器(204)的侧边；所述管道流量监控装置(24)包含管道流量监控台(210)和安装于管道控制闸(201)、下管道控制闸(207)、支路进水口(208)、支路出水口(209)上的流量传感器，管道流量监控台(210)通过信号线与流量传感器连接；所述管道水质监控装置(25)包括管道指标显示台(211)和管道多功能监测终端(212)，其中管道多功能监测终端(212)通过信号线与第二传感器连接，指标显示台(211)可通过信号线接受存储管道多功能监测终端(212)的监测数据并实时显示；
所述多功能连接件(3)包含多功能水流转换装置(31)，包括锥形消能阀(301)、变频水泵(302)、进水口调节装置(303)、出水口调节装置(304)、状态控制开关(305)、连接腔(306)、连接管(307)；所述锥形消能阀(301)有“开”和“关”两种工作状态，由支撑杆固定于连接腔(306)内壁，锥形消能阀(301)上端与进水口调节装置(303)密闭连接，锥形消能阀(301)下端连接连接管(307)，进水口调节装置(303)与渠道出水口(109)或下管道控制闸(207)连接；所述变频水泵(302)有“低压”和“高压”两种工作状态，变频水泵(302)一端与出水口调节装置(304)连接，另一端与连接管(307)密闭连接，出水口调节装置(304)与进水闸(102)或上管道控制闸(201)连接；所述进水口调节装置(303)、出水口调节装置(304)通过可锁定的螺栓分别安装在连接腔(306)上端与下端，连接腔(306)外壁安装有控制锥形消能阀(301)的状态控制开关(305)。
2.根据权利要求1所述的一种长距离引调水工程多功能模拟系统，其特征在于：所述无压支流模拟装置(14)的清水支流进水口(110)和支流出水口(112)分别与可逆水泵连接，通过一台可逆水泵控制进出流量，...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴会超，毛劲乔，邢未平，赵倩，戎贵文，胡腾飞，张鸿清，徐点点，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32