复杂河网多目标水力调控关键技术与应用

2017-12-20

  一、项目名称: 复杂河网多目标水力调控关键技术与应用

  二、获奖年份、奖项名称及等级: 2014年国家科技进步奖二等奖

  三、主要完成单位:河海大学、中水淮河规划设计研究有限公司、浙江大学、安徽省(水利部淮河水利委员会)水利科学研究院、淮河流域水资源保护局

  四、主要完成人员: 唐洪武、王船海、肖洋、何华松、郑金海、王玲玲、顾正华、虞邦义、张蔚、程绪水

  五、成果介绍:

  我国东部河网地区洪涝灾害频发,水环境形势严峻,航运受阻、供水不足等水问题时有发生,导致上述水问题的主要原因是水动力时空分布变异。经过新中国成立后60余年的治理,平原河网地区初步形成了闸、泵等水利工程体系,具备了通过工程调度调控水动力特性的基础。因此,发展多目标水力调控理论方法和关键技术,实现水动力时空特征的再构造,是解决目前复杂河网地区所面临水污染、水资源、水生态等新老水问题综合治理的重要途径。然而,河网地区水力调控的难点有:①河道纵横交错,湖泊众多,多处感潮地区,地势低洼,流向多变,流动边界复杂;②工程密布,工程种类(闸、坝、泵、行蓄洪区、圩区等)及其运用方式多,不同工程/群作用下的河网水动力过程呈现出极强的非线性,精确模拟十分困难;③各种调控目标(防洪、排涝、供水、通航、生态环境等)相互交织,不同目标对水动力的需求是非线性和动态变化的,满足多目标的水力调控更加困难。国内外还没有成熟的理论和技术可供借鉴。项目组结合淮河、太湖、珠江等流域规划、防洪、水污染控制等实践,在国家基金、863项目、部委计划、重大工程科研等70余项课题资助下,历经10余年,开展了产、学、研联盟协同攻关,主要创新成果如下:

  1、构建了一套复杂河网工程调控与水动力耦合互馈精确模拟方法,包括创建了基于相似理论、水动力理论与测控感知耦合互馈的大型河网实体模型水流调控方法,发展了复杂河网调控-工程-江河湖同步求解方法和水流状态校正模式,解决了复杂河网模拟工程多、要素多、规模大带来的精确定量难题。

  2、提出了智能模型与机理模型的等价原理和“调控—工程—水动力”作用机理辨识方法,建立了具有先验知识概念和智能化特征多目标水力调控智能决策方法,调控方案生成效率提升了数十倍,攻克了多目标动态平衡下的实时决策难题。

  3、创建了多目标水力调控成套实用技术,拥有多项自主知识产权,包括潮汐河网水环境调控模式、多目标群闸自动调度系统、卧倒门闸下射流清淤装置和悬挂式水力自控系列闸门。

  本成果获省部级科技进步一等奖1 项,二等奖3 项,授权发明专利4 项、实用新型专利3 项、软件著作权7 项,申请发明专利2 项;出版著作2 部,发表论文70 余篇;部分成果被国家标准、行业标准和行业设计手册采纳。在淮河、太湖流域、上海世博园区等多个流域30多个复杂河网中得到成功应用,产生防洪、供水、水资源、水环境和生态等效益数十亿元,社会效益显著。

图1 河网多目标水力调控决策技术

图2 淮河流域行蓄洪区防洪-移民-生态环境综合治理

图3 上海浦东世博园区水环境-防洪调控