本發(fā)明涉及供水安全技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種保障河口供水安全的水利工程智能調(diào)控系統(tǒng)及調(diào)控方法。

背景技術(shù)：

河口是聯(lián)系河流和海洋的紐帶，往往地理?xiàng)l件優(yōu)越，地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，人口眾多。供水安全是地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的重要保障，也與人民群眾日常生活密切相關(guān)。鹽水入侵是沿海河口常見的水文現(xiàn)象與動力過程之一：在徑流和潮汐動力共同作用下，上游河流來水與口外高鹽度海水產(chǎn)生不同程度的混合；當(dāng)口外海水比河流水位高時，海水會向河流倒灌，并不斷向上游擴(kuò)展。尤其在河流枯水季節(jié)，鹽水上溯距離較遠(yuǎn)，沿岸取水口處水體含氯度過高，對河口地區(qū)的供水安全產(chǎn)生巨大影響。如2014年2月，長江口遭遇了歷史上持續(xù)時間最長的咸潮入侵，上海陳行水庫和青草沙水庫取水口氯化物濃度持續(xù)多日都超過國家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(>250mg/L)，嚴(yán)重影響到上海大量居民的日常用水飲用水資源。

河流上游控制性水庫強(qiáng)烈影響流域水資源分布以及河口來水條件，并改變鹽水上溯規(guī)律。目前一般認(rèn)為，上游水庫工程調(diào)節(jié)對河口供水保證率的影響具有兩面性，有利的一面表現(xiàn)在：枯季下泄流量增加，鹽水上溯距離縮減，氯化物峰值削減，河口地區(qū)最長連續(xù)不宜取水天數(shù)有所減少，供水保證率將相應(yīng)增加；不利的一面在于：由于汛末水庫大規(guī)模蓄水，河口來水量顯著減小，為鹽水上溯創(chuàng)造有利條件，沿岸取水口處水體含氯度較以往提前處于較高水平，降低了該時段的供水保證率。

值得注意的是，合理優(yōu)化調(diào)控水庫的運(yùn)行方式，可使上游水庫帶來的有利影響放大而不利影響縮小成為可能。如《三峽工程對改善長江口咸潮入侵情勢的分析》一文，對如何進(jìn)一步增大三峽工程抗御鹽水上溯進(jìn)行了初步探討，建議水庫提前蓄水并在最枯月份增大下泄水量；《基于數(shù)字流域模型的珠江補(bǔ)淡壓咸水庫調(diào)度研究》一文與申請?zhí)枮?01310075605.2的發(fā)明專利《水庫、閘泵群聯(lián)合抑咸調(diào)度方法》，均探討了以珠江流域數(shù)字模型為基礎(chǔ)、以流域內(nèi)關(guān)鍵控制節(jié)點(diǎn)最小抑咸流量為限制條件的珠江流域內(nèi)主要水利工程的優(yōu)化調(diào)控方式，然而前者僅涉及流域內(nèi)主要水庫的調(diào)控方案研究并未將河口非控制性水利工程納入考慮范疇，后者則不適用于有通航需求的河口。需要指出的是，已有技術(shù)方案或模式論述并未提供切實(shí)可行的具體實(shí)施方案。

基于以上所述，從通過對上下游水利工程聯(lián)合調(diào)控以保障河口地區(qū)供水安全的角度出發(fā)，需進(jìn)一步開展和完善相關(guān)方法和準(zhǔn)則，提出一種可操作性、實(shí)用性強(qiáng)的上下游水利工程聯(lián)合智能調(diào)控系統(tǒng)和方法以保障河口地區(qū)供水安全。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種保障河口供水安全的水利工程智能調(diào)控系統(tǒng)及調(diào)控方法，在充分掌握并利用河口鹽水上溯時空規(guī)律的前提下，實(shí)現(xiàn)大尺度的流域水資源優(yōu)化配置與小尺度的河道過流特性改善，縮減鹽水上溯距離，削減氯化物峰值，縮短連續(xù)不適宜取水天數(shù)，高效精準(zhǔn)地保障河口供水安全。

技術(shù)方案：為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的保障河口供水安全的水利工程智能調(diào)控系統(tǒng)，包括環(huán)境要素原位監(jiān)測模塊、環(huán)境要素信息管控模塊、上游遠(yuǎn)程調(diào)控模塊和下游局地智能應(yīng)急模塊；

所述的環(huán)境要素原位監(jiān)測模塊由水庫運(yùn)行監(jiān)測單元、流域降雨監(jiān)測單元、河口水質(zhì)監(jiān)測單元和運(yùn)行通信單元組成，用于實(shí)時監(jiān)測上游水庫和下游河口關(guān)鍵位置的水文、水動力、水環(huán)境要素；其中的水庫運(yùn)行監(jiān)測單元包括安置在水庫廠房和大壩上下游斷面的多參數(shù)設(shè)備用于獲取水庫壩前、壩后水位和出入庫流量；其中的流域降雨監(jiān)測單元通過流域內(nèi)設(shè)置的雨量站獲取流域內(nèi)的降雨量分布；其中的河口水質(zhì)監(jiān)測單元包括安置于河口固定監(jiān)測斷面、水源地取水口和丁壩附近重點(diǎn)監(jiān)測斷面的多參數(shù)設(shè)備，用于獲取河口地區(qū)實(shí)時潮位和氯化物濃度信息；其中的運(yùn)行通信單元包括無線通訊器、臨時存儲器和電源，各個監(jiān)測單元采集的數(shù)據(jù)信息暫存于臨時存儲器中，通過無線通訊器提供的2G/3G/4G蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)與環(huán)境要素信息管控模塊、上游遠(yuǎn)程調(diào)控模塊和下游局地智能應(yīng)急模塊進(jìn)行信息交互；

所述的環(huán)境要素信息管控模塊由數(shù)據(jù)預(yù)處理單元和監(jiān)測數(shù)據(jù)庫單元組成，用于管控不同來源和不同類別的水文、水動力、水質(zhì)要素信息；其中的數(shù)據(jù)預(yù)處理單元對環(huán)境要素原位監(jiān)測模塊上傳的監(jiān)測信息進(jìn)行分類和預(yù)處理并存儲至監(jiān)測數(shù)據(jù)庫單元，同時執(zhí)行上游遠(yuǎn)程調(diào)控模塊和下游局地智能應(yīng)急模塊的數(shù)據(jù)需求，從監(jiān)測數(shù)據(jù)庫單元調(diào)用所請求數(shù)據(jù)并交付；其中的監(jiān)測數(shù)據(jù)庫單元用于存儲環(huán)境要素原位監(jiān)測模塊的數(shù)據(jù)信息，并接受數(shù)據(jù)預(yù)處理單元的數(shù)據(jù)調(diào)用請求；

所述的上游遠(yuǎn)程調(diào)控模塊由響應(yīng)時間計(jì)算單元、蓄水期調(diào)度單元、消落期前期調(diào)度單元和消落期后期調(diào)度單元組成，用于在水庫調(diào)度敏感時段內(nèi)實(shí)施針對性精準(zhǔn)優(yōu)化調(diào)度；其中的響應(yīng)時間計(jì)算單元采用水動力模型計(jì)算出河口地區(qū)對水庫不同下泄流量的響應(yīng)時間；其中的蓄水期調(diào)度單元通過分析環(huán)境要素信息管控模塊存儲的汛末洪水過程以及河口潮位數(shù)據(jù)信息進(jìn)行蓄水期優(yōu)化調(diào)度；其中的消落期前期調(diào)度單元通過分析環(huán)境要素信息管控模塊存儲的流域降雨情況以及河口潮位數(shù)據(jù)信息進(jìn)行消落期前期調(diào)度，包括以大幅連續(xù)補(bǔ)水、以天然來水且不低于保證出力下泄和類正弦波式補(bǔ)水為特點(diǎn)的調(diào)度模式；其中的消落期后期調(diào)度單元通過分析環(huán)境要素信息管控模塊存儲的流域降雨情況以及河口潮位數(shù)據(jù)信息進(jìn)行消落期后期調(diào)度，包括以小幅連續(xù)補(bǔ)水、以天然來水且不低于保證出力下泄和矩形波式補(bǔ)水為特點(diǎn)的調(diào)度模式；

所述的下游局地智能應(yīng)急模塊由應(yīng)急調(diào)度激活單元和丁壩調(diào)度單元組成，根據(jù)上游遠(yuǎn)程調(diào)控模塊實(shí)施后的河口供水安全保障情況，實(shí)施智能化應(yīng)急輔助調(diào)控；其中的應(yīng)急調(diào)度激活單元在調(diào)用環(huán)境要素信息管控模塊存儲的河口水質(zhì)信息后，根據(jù)氯化物濃度是否超標(biāo)決定是否開展丁壩調(diào)度；其中的丁壩調(diào)度單元在接收應(yīng)急調(diào)度激活單元的激活指令后進(jìn)行丁壩調(diào)度。

進(jìn)一步地，所述第一多參數(shù)設(shè)備包括水位計(jì)和流量計(jì)，水位計(jì)和流量計(jì)均勻分布在水庫壩前和壩后，用于獲取水庫壩前、壩后水位和出入庫流量；所述流域降雨監(jiān)測單元(12)由流域內(nèi)分布的多個遙測雨量站以及人工觀測雨量站組成，收集降雨數(shù)據(jù)；所述第二多參數(shù)設(shè)備包括潮位計(jì)和鹽度計(jì)，潮位計(jì)和鹽度計(jì)安置于河口固定監(jiān)測斷面、水源地取水口和丁壩附近重點(diǎn)監(jiān)測斷面的用于獲取河口地區(qū)實(shí)時潮位和氯化物濃度信息；其中固定監(jiān)測斷面沿程布置且斷面間距不超過30km，水源地取水口和丁壩附近的重點(diǎn)監(jiān)測斷面間距不超過10km。

進(jìn)一步地，其中的運(yùn)行通信單元包括無線通訊器、臨時存儲器和電源，各個監(jiān)測單元采集的數(shù)據(jù)信息暫存于臨時存儲器中，通過無線通訊器提供的2G(支持GSM/CDMA)、3G(支持WCDMA/TD-SCDMA/CDMA2000)和4G(支持TD-LTE)蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)與環(huán)境要素信息管控模塊、上游遠(yuǎn)程調(diào)控模塊和下游局地智能應(yīng)急模塊進(jìn)行信息交互。

進(jìn)一步地，為實(shí)現(xiàn)前述環(huán)境要素信息管控模塊，所采用的具體方案為：

環(huán)境要素信息管控模塊，由數(shù)據(jù)預(yù)處理單元和監(jiān)測數(shù)據(jù)庫單元組成；

特別的，所述的數(shù)據(jù)預(yù)處理單元對環(huán)境要素原位監(jiān)測模塊上傳的監(jiān)測信息進(jìn)行基本的分類和預(yù)處理并存儲至監(jiān)測數(shù)據(jù)庫單元，同時執(zhí)行上游遠(yuǎn)程調(diào)控模塊和下游局地智能應(yīng)急模塊的數(shù)據(jù)需求，從監(jiān)測數(shù)據(jù)庫單元調(diào)用所需求數(shù)據(jù)并交付；所述的監(jiān)測數(shù)據(jù)庫單元就是用于存儲環(huán)境要素原位監(jiān)測模塊的數(shù)據(jù)信息，并接受通信單元的數(shù)據(jù)調(diào)用請求。

進(jìn)一步地，為實(shí)現(xiàn)前述上游遠(yuǎn)程調(diào)控模塊，所采用的具體方案為：

所述的上游遠(yuǎn)程調(diào)控模塊由響應(yīng)時間計(jì)算單元、蓄水期調(diào)度單元、消落期前期調(diào)度單元和消落期后期調(diào)度單元組成，其中：

特別的，所述的響應(yīng)時間計(jì)算單元采用水動力模型計(jì)算河口地區(qū)對水庫不同下泄流量的響應(yīng)時間；所述的蓄水期調(diào)度單元通過分析環(huán)境要素信息管控模塊存儲的汛末洪水過程以及河口潮位數(shù)據(jù)信息進(jìn)行蓄水期優(yōu)化調(diào)度；所述的消落期前期調(diào)度單元通過分析環(huán)境要素信息管控模塊存儲的流域降雨情況以及河口潮位數(shù)據(jù)信息進(jìn)行消落期前期調(diào)度，包括以大幅連續(xù)補(bǔ)水、以天然來水且不低于保證出力下泄和類正弦波式補(bǔ)水為特點(diǎn)的調(diào)度模式；所述消落期后期調(diào)度單元通過分析環(huán)境要素信息管控模塊存儲的流域降雨情況以及河口潮位數(shù)據(jù)信息進(jìn)行消落期后期調(diào)度，包括以小幅連續(xù)補(bǔ)水、以天然來水且不低于保證出力下泄和矩形波式補(bǔ)水為特點(diǎn)的調(diào)度模式。

進(jìn)一步地，為實(shí)現(xiàn)前述下游局地智能應(yīng)急模塊，所采用的具體方案為：

所述的下游局地智能應(yīng)急模塊由應(yīng)急調(diào)度激活單元和丁壩調(diào)度單元組成，其中：

特別的，所述的應(yīng)急調(diào)度激活單元在調(diào)用環(huán)境要素信息管控模塊存儲的河口水質(zhì)信息后，根據(jù)氯化物濃度是否超標(biāo)決定是否開展丁壩調(diào)度；所述的丁壩調(diào)度單元在接收應(yīng)急調(diào)度激活單元的激活指令后進(jìn)行丁壩調(diào)度，以確保河口重點(diǎn)保護(hù)水域的供水安全性。調(diào)度方式為：調(diào)度期內(nèi)河口每天漲潮期間保持丁壩正常高度運(yùn)行，落潮期間保持塌壩運(yùn)行；非調(diào)度期丁壩塌壩運(yùn)行。

應(yīng)用上述裝置，提供一種保障河口供水安全的水利工程智能的調(diào)控方法，包括以下步驟：

(一)環(huán)境要素原位監(jiān)測模塊監(jiān)測系統(tǒng)所需的水庫、流域以及河口相關(guān)信息的實(shí)時數(shù)據(jù)，包括水庫運(yùn)行監(jiān)測單元監(jiān)測的壩前壩后水位和出入庫流量；流域降雨監(jiān)測單元監(jiān)測的流域降雨量分布；河口水質(zhì)監(jiān)測單元監(jiān)測的河口潮位和氯化物濃度信息；運(yùn)行通信單元將各個單元采集的數(shù)據(jù)信息暫存于臨時存儲器中并與環(huán)境要素信息管控模塊、上游遠(yuǎn)程調(diào)控模塊和下游局地智能應(yīng)急模塊進(jìn)行信息交互；

(二)環(huán)境要素信息管控模塊接收、預(yù)處理環(huán)境要素原位監(jiān)測模塊上傳的監(jiān)測信息，并存儲于監(jiān)測數(shù)據(jù)庫單元；

(三)上游遠(yuǎn)程調(diào)控模塊在上游水庫蓄水期以及消落期采取針對性地優(yōu)化調(diào)度方式，包括以下步驟：

①響應(yīng)時間計(jì)算單元采用水動力模型計(jì)算河口對水庫不同下泄流量的響應(yīng)時間；

②蓄水期調(diào)度單元調(diào)用環(huán)境要素信息管控模塊存儲的監(jiān)測信息采取如下優(yōu)化調(diào)控：在主汛期末攔蓄中小洪水進(jìn)行洪水資源化，實(shí)現(xiàn)較高的正式蓄水起蓄水位；在汛期末采用半月周期的階梯式蓄水方式實(shí)施正式蓄水，周期內(nèi)考慮河口對水庫流量的響應(yīng)時間后，水庫在河口大潮前后以天然來水下泄，周期內(nèi)其他時間均正常蓄水，汛期結(jié)束時達(dá)到正常高水位；在主汛期末將水庫蓄水與前期防洪運(yùn)用相結(jié)合，水庫正式蓄水過程相對于常規(guī)調(diào)控明顯放緩，同時在河口大潮前以天然來水下泄，可進(jìn)一步減小汛末水庫蓄水對河口來水造成的影響；與水庫常規(guī)調(diào)控相比，該優(yōu)化蓄水方法能夠顯著降低由上游水庫汛末大規(guī)模蓄水引起河口鹽水上溯的可能性；

③消落期前期調(diào)度單元調(diào)用環(huán)境要素信息管控模塊存儲的監(jiān)測信息采取如下優(yōu)化調(diào)控：以月為周期進(jìn)行調(diào)控，流域降雨充沛的情形下，在強(qiáng)潮月份，周期內(nèi)水庫對河口進(jìn)行大幅連續(xù)補(bǔ)水；在弱潮月份，周期內(nèi)水庫以天然來水且不低于水庫保證出力對應(yīng)流量下泄；在流域降雨稀少的情形下，周期內(nèi)水庫對河口進(jìn)行半月波長的類正弦波式補(bǔ)水，考慮河口對水庫流量的響應(yīng)時間后，周期內(nèi)波峰、波谷時間節(jié)點(diǎn)分別與河口大潮、小潮出現(xiàn)時間對應(yīng)，且波峰流量與月平均潮差呈正相關(guān)；在消落期前期，水庫的水頭高，可兼顧發(fā)電進(jìn)行補(bǔ)水調(diào)度，此時可適當(dāng)多補(bǔ)水以提高水庫發(fā)電效益。流域降雨充沛時，在強(qiáng)潮月份水庫對河口進(jìn)行大幅連續(xù)補(bǔ)水，可以有效地阻礙咸水上溯；在弱潮月份水庫以天然來水且不低于水庫保證出力對應(yīng)流量下泄，也具有較好的抵御咸潮效果。而流域降雨稀少時，水庫則對河口進(jìn)行半月波長的類正弦波式補(bǔ)水，以較小的淡水資源消耗針對性地抵御河口的大潮和小潮；該類正弦波波峰略滯后于普通正弦波，水庫補(bǔ)水到達(dá)河口時波峰、波谷時間節(jié)點(diǎn)分別與河口大潮、小潮出現(xiàn)時間對應(yīng)，大潮時咸淡水摻混充分，河口來水徑流量的增大能夠顯著促進(jìn)咸潮消退，而小潮前后，咸潮以鹽水楔形式從底層上溯，河口淡水主要從表層下泄，上游來水增加難以有效抑制鹽水楔上溯，因此小潮時以水庫補(bǔ)水流量波谷應(yīng)對可有效節(jié)省水庫所蓄淡水資源；

④消落期后期調(diào)度單元調(diào)用環(huán)境要素信息管控模塊存儲的監(jiān)測信息采取如下優(yōu)化調(diào)控：以月為周期進(jìn)行調(diào)控，流域降雨充沛的情形下，在強(qiáng)潮月份，周期內(nèi)水庫對河口進(jìn)行小幅連續(xù)補(bǔ)水；在弱潮月份，周期內(nèi)水庫以天然來水且不低于水庫保證出力流量對應(yīng)下泄；流域降雨稀少的情形下，周期內(nèi)水庫對河口進(jìn)行半月波長的矩形波式補(bǔ)水，考慮河口對水庫流量的響應(yīng)時間后，水庫下泄流量高水平階段在河口大潮出現(xiàn)時間之前開始并在小潮出現(xiàn)時間之前結(jié)束，且高水平流量與月平均潮差呈正相關(guān)；在消落期后期，水庫的水頭降低，此時主要面向河口補(bǔ)水進(jìn)行調(diào)度。流域降雨充沛時，在強(qiáng)潮月份水庫對河口進(jìn)行小幅連續(xù)補(bǔ)水，阻礙咸水上溯效果明顯；在弱潮月份水庫以天然來水且不低于水庫保證出力對應(yīng)流量下泄，也具有較好的抵御咸潮效果。流域降雨稀少時，水庫對河口進(jìn)行半月波長的矩形波式補(bǔ)水，大潮前口外潮差持續(xù)變大，漲落潮流速隨之增加，河口咸淡水已先于大潮出現(xiàn)而充分摻混，此時上游來水大幅增加并持續(xù)一段時間有利于將河口的混合咸淡水沖退，而大潮后潮差逐漸減小，水體摻混動力逐漸減弱，咸潮則又以鹽水楔形式上溯，從節(jié)省淡水資源的角度出發(fā)此時不宜繼續(xù)大幅補(bǔ)水；

(四)下游局地智能應(yīng)急模塊調(diào)用環(huán)境要素信息管控模塊存儲的河口水質(zhì)單元的監(jiān)測信息，在水庫消落期內(nèi)，每次小潮前最下游丁壩處氯化物濃度首次超標(biāo)之日至相鄰大潮后最下游丁壩處首次出現(xiàn)氯化物濃度全天達(dá)標(biāo)之日，應(yīng)急調(diào)度激活單元向丁壩調(diào)度單元發(fā)送激活指令，丁壩調(diào)度單元進(jìn)行丁壩調(diào)度，調(diào)度期內(nèi)河口每天漲潮期間保持丁壩正常高度運(yùn)行，落潮期間保持塌壩運(yùn)行；非調(diào)度期丁壩塌壩運(yùn)行；在河口取水口受到咸潮入侵影響時實(shí)施丁壩應(yīng)急調(diào)度，一方面漲潮期間保持丁壩正常高度運(yùn)行可阻礙、減慢咸潮上溯，另一方面落潮期間保持塌壩運(yùn)行可保證咸潮消退路徑通暢，所述的河口丁壩優(yōu)化設(shè)置和應(yīng)急調(diào)度方法可促進(jìn)河口咸界下移。

進(jìn)一步地，為實(shí)現(xiàn)上述上游遠(yuǎn)程調(diào)控模塊的上游水庫優(yōu)化調(diào)控方法，所采用的具體方案為：

①響應(yīng)時間計(jì)算單元采用水動力模型計(jì)算河口對水庫不同下泄流量的響應(yīng)時間；

②蓄水期調(diào)度單元調(diào)用環(huán)境要素信息管控模塊的監(jiān)測信息采取如下優(yōu)化調(diào)控：主汛期末攔蓄中小洪水減小下泄流量，日均下泄流量較常規(guī)調(diào)控減小8000～12000m³/s，在18～20天內(nèi)將水庫水位抬升15±1m；汛期末采用半月周期的階梯式蓄水，周期內(nèi)考慮河口對水庫流量的響應(yīng)時間后，在河口大潮前后以天然來水下泄，其余時間蓄水并保持日均下泄流量較常規(guī)調(diào)控增加2200～2400m³/s，各周期水庫水位抬升3.8～4.2m，汛期結(jié)束時水庫達(dá)到正常高水位；

③消落期前期調(diào)度單元調(diào)用環(huán)境要素信息管控模塊的監(jiān)測信息采取如下優(yōu)化調(diào)控：

1)流域降雨充沛的情形下強(qiáng)潮月份，水庫對河口進(jìn)行大幅連續(xù)補(bǔ)水，水庫下泄流量較常規(guī)調(diào)控增加800～1200m³/s并在補(bǔ)水期間保持流量不變；

2)流域降雨充沛的情形下弱潮月份，水庫以天然來水且不低于水庫保證出力對應(yīng)流量下泄；

3)流域降雨稀少的情形下，水庫對河口進(jìn)行半月波長的類正弦波式補(bǔ)水，類正弦波波峰的流量較常規(guī)調(diào)控增加500～1000m³/s，波谷的流量較常規(guī)調(diào)控減少400～500m³/s，且具體波峰流量與月平均潮差呈正相關(guān)；

④消落期后期調(diào)度單元調(diào)用環(huán)境要素信息管控模塊的監(jiān)測信息采取如下優(yōu)化調(diào)控：

1)流域降雨充沛的情形下強(qiáng)潮月份，水庫對河口進(jìn)行小幅連續(xù)補(bǔ)水，水庫下泄流量較常規(guī)調(diào)控增加400～600m³/s并在補(bǔ)水期間保持流量不變；

2)流域降雨充沛的情形下弱潮月份，水庫以天然來水且不低于水庫保證出力對應(yīng)流量下泄；

3)流域降雨稀少的情形下，水庫對河口進(jìn)行半月波長的矩形波式補(bǔ)水，矩形波的高水平流量較常規(guī)調(diào)控增加600～800m³/s，低水平流量較常規(guī)調(diào)控減少200～400m³/s，且具體高水平流量與月平均潮差呈正相關(guān)。

進(jìn)一步地，為了阻礙鹽水上溯，通過以下步驟設(shè)置河口丁壩，具體技術(shù)方案為：

(一)丁壩至少設(shè)置兩道，在主河道最下游取水口的下游依次間隔設(shè)置于河床上；

(二)對于取水口上游存在易發(fā)生鹽水倒灌汊道的河道，在汊道上于分汊點(diǎn)附近另設(shè)至少一道丁壩；

(三)對于取水口下游存在江心洲的河道，丁壩優(yōu)先設(shè)置于江心洲兩側(cè)；

(四)各條丁壩均垂直于河道軸線布置；丁壩工程區(qū)域?yàn)槌毕佣问芡鶑?fù)流影響，為減小壩頭沖刷坑、利于壩田淤積，各條丁壩均垂直河岸布置。

(五)丁壩設(shè)計(jì)高度小于河道多年平均水深，在有通航要求的河道中為不礙航的最大高度。

本發(fā)明的有效益處是：

(1)本發(fā)明首次提出了保障河口供水安全的水利工程智能調(diào)控系統(tǒng)及調(diào)控方法，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了上下游水利工程的聯(lián)合智能調(diào)度，該方法實(shí)現(xiàn)大尺度的流域水資源優(yōu)化配置與小尺度的河道過流特性改善，可操作性、實(shí)用性強(qiáng)，不影響河口通航、排沙，可削減河口沿岸取水口處氯化物峰值，高效精準(zhǔn)地保障河口供水安全。

(2)本發(fā)明的上游水庫優(yōu)化調(diào)控方法充分結(jié)合河口潮汐活動規(guī)律以及流域降雨情況，優(yōu)化配置流域水資源，在水庫蓄水期與消落期實(shí)施水庫優(yōu)化調(diào)控；相對于傳統(tǒng)水庫調(diào)控方法，該優(yōu)化調(diào)控方法不僅可降低蓄水期內(nèi)鹽水上溯可能性，也可顯著縮減枯水期內(nèi)鹽水上溯距離，為河口地區(qū)創(chuàng)造持續(xù)時間較長的連續(xù)取水機(jī)會。

(3)本發(fā)明的河口可調(diào)丁壩優(yōu)化設(shè)置和應(yīng)急調(diào)度方法可改善河道過流特性，阻礙、減緩鹽水楔上溯速度，同時保證咸潮消退路徑通暢，促進(jìn)河口咸界下移。

附圖說明

圖1為保障河口供水安全的水利工程聯(lián)合調(diào)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為保障河口供水安全的水利工程聯(lián)合調(diào)控方法步驟示意圖；

圖3為本發(fā)明上游水庫蓄水期優(yōu)化調(diào)控和歷史同期常規(guī)調(diào)控水位過程對比圖；

圖4為本發(fā)明上游水庫消落期前期優(yōu)化調(diào)控和歷史同期常規(guī)調(diào)控下泄流量對比圖；

圖5為本發(fā)明上游水庫消落期后期優(yōu)化調(diào)控和歷史同期常規(guī)調(diào)控下泄流量對比圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例2上游水庫優(yōu)化調(diào)控和歷史同期常規(guī)調(diào)控下泄流量對比圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例2上游水庫消落期優(yōu)化調(diào)控和歷史同期常規(guī)調(diào)控下泄流量對比圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例2上下游水利工程聯(lián)合調(diào)控與歷史同期常規(guī)調(diào)控鹽水月均上溯距離對比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明的保障河口供水安全的水利工程聯(lián)合調(diào)控系統(tǒng)和方法進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。

實(shí)施例1：

保障河口供水安全的水利工程智能調(diào)控系統(tǒng)，如圖1和圖2所示，由環(huán)境要素原位監(jiān)測模塊1、環(huán)境要素信息管控模塊2、上游遠(yuǎn)程調(diào)控模塊3和下游局地智能應(yīng)急模塊4組成。

第一部分：環(huán)境要素原位監(jiān)測模塊

環(huán)境要素原位監(jiān)測模塊1由水庫運(yùn)行監(jiān)測單元11、流域降雨監(jiān)測單元12、河口水質(zhì)監(jiān)測單元13和運(yùn)行通信單元14組成，用于實(shí)時監(jiān)測上游水庫和下游河口關(guān)鍵位置的水文、水動力、水環(huán)境要素，涉及到遠(yuǎn)程現(xiàn)場采集設(shè)備、無線通訊器、臨時存儲器和電源。

1、水庫運(yùn)行監(jiān)測單元11包括安置在水庫廠房和大壩上下游斷面的多參數(shù)設(shè)備用于獲取水庫壩前、壩后水位和出入庫流量，其中第一多參數(shù)設(shè)備包括水位計(jì)(ZMY-5超聲波水位計(jì))和流量計(jì)(MRWJ-ZN動量式流量計(jì))；

2、流域降雨監(jiān)測單元12包括流域內(nèi)設(shè)置的雨量站用于獲取流域內(nèi)的降雨量分布；其中，流域降雨監(jiān)測單元包括流域內(nèi)分布的遙測雨量站以及人工觀測雨量站，分別利用翻斗式遙測雨量計(jì)(JDZ02-1型翻斗雨量計(jì))和虹吸式雨量計(jì)(JK-MEIN-J1虹吸式雨量計(jì))自動收集降雨數(shù)據(jù)；

3、河口水質(zhì)監(jiān)測單元13包括安置于河口固定監(jiān)測斷面、水源地取水口和丁壩附近重點(diǎn)監(jiān)測斷面的第二多參數(shù)設(shè)備；其中固定監(jiān)測斷面沿程布置且斷面間距為30km，水源地取水口和丁壩附近的重點(diǎn)監(jiān)測斷面間距為10km，所述的第二多參數(shù)設(shè)備包括潮位計(jì)(DCX-22壓力水位記錄儀)和鹽度計(jì)(PAL-06S海水鹽度計(jì))；

4、其中的運(yùn)行通信單元14包括無線通訊器、臨時存儲器和電源，各個監(jiān)測單元采集的數(shù)據(jù)信息暫存于臨時存儲器中，通過無線通訊器提供的2G(支持GSM/CDMA)、3G(支持WCDMA/TD-SCDMA/CDMA2000)和4G(支持TD-LTE)蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)與環(huán)境要素信息管控模塊2、上游遠(yuǎn)程調(diào)控模塊3和下游局地智能應(yīng)急模塊4進(jìn)行信息交互。

第二部分：環(huán)境要素信息管控模塊

環(huán)境要素信息管控模塊2由數(shù)據(jù)預(yù)處理單元21和監(jiān)測數(shù)據(jù)庫單元22組成，用于管控不同來源和不同類別的水文、水動力、水質(zhì)要素信息。

1、數(shù)據(jù)預(yù)處理單元21對環(huán)境要素原位監(jiān)測模塊1上傳的監(jiān)測信息進(jìn)行基本的分類和預(yù)處理并存儲至監(jiān)測數(shù)據(jù)庫單元22，同時執(zhí)行上游遠(yuǎn)程調(diào)控模塊3和下游局地智能應(yīng)急模塊4的數(shù)據(jù)請求，從監(jiān)測數(shù)據(jù)庫單元22調(diào)用所請求數(shù)據(jù)并交付；

2、監(jiān)測數(shù)據(jù)庫單元22用于存儲環(huán)境要素原位監(jiān)測模塊的數(shù)據(jù)信息，并接受數(shù)據(jù)預(yù)處理單元21的數(shù)據(jù)調(diào)用請求。

第三部分：上游遠(yuǎn)程調(diào)控模塊

水庫優(yōu)化調(diào)度3模塊由響應(yīng)時間計(jì)算單元31、蓄水期調(diào)度單元32、消落期前期調(diào)度單元33和消落期后期調(diào)度單元34組成，在水庫調(diào)度敏感時段實(shí)施針對性精準(zhǔn)優(yōu)化調(diào)度。

1、響應(yīng)時間計(jì)算單元31采用水動力模型計(jì)算河口地區(qū)對水庫不同下泄流量的響應(yīng)時間；

2、蓄水期調(diào)度單元32通過分析環(huán)境要素信息管控模塊2存儲的汛末洪水過程以及河口潮位數(shù)據(jù)信息進(jìn)行蓄水期優(yōu)化調(diào)度；

3、消落期前期調(diào)度單元33通過分析環(huán)境要素信息管控模塊2存儲的流域降雨情況以及河口潮位數(shù)據(jù)信息進(jìn)行消落期前期調(diào)度，包括以大幅連續(xù)補(bǔ)水、以天然來水且不低于保證出力下泄和類正弦波式補(bǔ)水為特點(diǎn)的調(diào)度模式；

4、消落期后期調(diào)度單元34通過分析環(huán)境要素信息管控模塊2存儲的流域降雨情況以及河口潮位數(shù)據(jù)信息進(jìn)行消落期后期調(diào)度，包括以小幅連續(xù)補(bǔ)水、以天然來水且不低于保證出力下泄和矩形波式補(bǔ)水為特點(diǎn)的調(diào)度模式。

第四部分：下游局地智能應(yīng)急模塊

下游局地智能應(yīng)急模塊4由應(yīng)急調(diào)度激活單元41和丁壩調(diào)度單元42組成，根據(jù)上游遠(yuǎn)程調(diào)控模塊3實(shí)施后的河口供水安全保障情況，實(shí)施智能化應(yīng)急輔助調(diào)控。

應(yīng)急調(diào)度激活單元41在調(diào)用環(huán)境要素信息管控模塊2存儲的河口水質(zhì)信息后，根據(jù)氯化物濃度是否超標(biāo)決定是否開展丁壩調(diào)度；所述的丁壩調(diào)度單元42在接收應(yīng)急調(diào)度激活單元41的激活指令后進(jìn)行丁壩調(diào)度。

實(shí)施例2：

某河流中游建有一座大型河道型水庫，設(shè)計(jì)任務(wù)包括防洪、發(fā)電和航運(yùn)等。在上游水庫常規(guī)調(diào)控下，出于防洪目的考慮每年6月中上旬水庫水位消落至防洪限制水位145m，并盡可能維持該水位至9月下旬開始蓄水，至10月底、11月初水位抬升至正常高水位175m，保持此水位至12月底，自1月1日起水庫從正常蓄水位開始為下游補(bǔ)水，至4月中上旬水位消落至枯水期最低消落水位155m，自5月下旬開始水位加速下降，6月中上旬水位降至防洪限制水位145m。在常規(guī)運(yùn)行期內(nèi)，9月中下旬水庫上游來水較主汛期開始減小，此時開始大規(guī)模蓄水使水庫下泄流量顯著小于天然來水，也勢必導(dǎo)致河口來水量偏低，口外鹽水極易上溯，河口取水口處氯化物濃度較長時間內(nèi)處于較高水平，嚴(yán)重影響取水；枯水期水庫以6000m³/s的流量向下游補(bǔ)水，下泄流量較天然來水增加并不明顯，不能抵擋河口強(qiáng)潮時段的鹽水上溯，此外下泄流量無明顯的半月周期波動特征，盡管河口小潮前后取水口氯化物濃度有所降低，大潮前后較長時段內(nèi)取水口依然無法正常取水；因此水庫常規(guī)調(diào)控在枯水期內(nèi)不能顯著提高河口地區(qū)供水保證率，反會嚴(yán)重降低蓄水期內(nèi)河口地區(qū)供水保證率。

現(xiàn)通過本發(fā)明，利用保障河口供水安全的水利工程智能調(diào)控系統(tǒng)及調(diào)控方法進(jìn)行治理，其步驟為：

(一)環(huán)境要素原位監(jiān)測模塊1監(jiān)測系統(tǒng)所需的上游水庫和下游河口關(guān)鍵位置的水文、水動力、水環(huán)境要素的實(shí)時數(shù)據(jù)，包括水庫運(yùn)行監(jiān)測單元11監(jiān)測的壩前壩后水位和出入庫流量；流域降雨監(jiān)測單元12監(jiān)測的流域降雨量分布；河口水質(zhì)監(jiān)測單元13監(jiān)測的河口潮位和氯化物濃度信息；運(yùn)行通信單元14將各個單元采集的數(shù)據(jù)信息暫存于臨時存儲器中，通過無線通訊器提供的2G/3G/4G蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)與環(huán)境要素信息管控模塊2、上游遠(yuǎn)程調(diào)控模塊3和下游局地智能應(yīng)急模塊4進(jìn)行信息交互；

(二)環(huán)境要素信息管控模塊2接收、預(yù)處理環(huán)境要素原位監(jiān)測模塊1上傳的監(jiān)測信息，并存儲于監(jiān)測數(shù)據(jù)庫單元22；

(三)上游遠(yuǎn)程調(diào)控模塊3在水庫調(diào)度敏感段內(nèi)實(shí)施特有的精準(zhǔn)優(yōu)化調(diào)度，包括以下步驟

①響應(yīng)時間計(jì)算單元31采用水動力模型計(jì)算河口對水庫不同下泄流量的響應(yīng)時間，包括對大幅小幅持續(xù)補(bǔ)水流量、類正弦波和矩形波補(bǔ)水流量的響應(yīng)時間；

②水庫蓄水期優(yōu)化調(diào)度：主汛期末8月21日開始攔蓄中小洪水減小下泄流量，日均下泄流量較常規(guī)調(diào)控減小8000～12000m³/s，到9月8號將水庫水位由145m抬升至160m；汛期末采用半月周期的階梯式蓄水，周期內(nèi)考慮河口對水庫流量的響應(yīng)時間后，水庫在河口大潮前后以天然來水下泄2天，余下的13天日均下泄流量較常規(guī)調(diào)控增加2200～2400m³/s，各周期水庫水位抬升3.8～4.2m，11月初水庫達(dá)到正常高水位175m；

③水庫消落期前期優(yōu)化調(diào)度：1月2月流域降雨稀少，水庫對河口進(jìn)行半月波長的類正弦波式補(bǔ)水，考慮河口對水庫流量響應(yīng)時間后，周期內(nèi)波峰波谷時間節(jié)點(diǎn)分別與河口大潮小潮出現(xiàn)時間對應(yīng)，1月的波峰流量為6500m³/s，波谷流量為5500m³/s，2月波峰流量為6600m³/s，波谷流量為5500m³/s；

④水庫消落期后期優(yōu)化調(diào)度：3月流域降雨稀少水庫對河口進(jìn)行半月波長的矩形波式補(bǔ)水，考慮河口對水庫流量的響應(yīng)時間后，水庫下泄流量高水平階段在河口大潮出現(xiàn)時間之前2天開始持續(xù)8天，高水平階段流量為6600m³/s，低水平階段流量為5500m³/s，4月為弱潮月且流域降雨充沛，周期內(nèi)水庫以天然來水且不低于水庫保證出力流量5500m³/s下泄。

水庫蓄水起水位采用常規(guī)調(diào)控與優(yōu)化調(diào)控對比圖如圖3所示。本發(fā)明上游水庫消落期前期優(yōu)化調(diào)控和歷史同期常規(guī)調(diào)控下泄流量對比圖如圖4所示。本發(fā)明上游水庫消落期后期優(yōu)化調(diào)控和歷史同期常規(guī)調(diào)控下泄流量對比圖如圖5所示。上游水庫優(yōu)化調(diào)控和歷史同期常規(guī)調(diào)控下泄流量對比見圖6。上游水庫消落期優(yōu)化調(diào)控和歷史同期常規(guī)調(diào)控下泄流量對比見圖7。

(四)下游局地智能應(yīng)急模塊4根據(jù)上游遠(yuǎn)程調(diào)控模塊3實(shí)施后的河口供水安全保障情況，實(shí)施智能化應(yīng)急輔助調(diào)控，具體開始時間為每次小潮前最下游丁壩處氯化物濃度首次超標(biāo)之日，結(jié)束時間為相鄰大潮后最下游丁壩處首次出現(xiàn)氯化物濃度全天達(dá)標(biāo)之日，首次調(diào)度開始時間為1月6日，首次調(diào)度結(jié)束時間為1月17日，可調(diào)丁壩調(diào)度方式為：調(diào)度期內(nèi)河口每天漲潮期間保持丁壩正常高度2m運(yùn)行，落潮期間保持塌壩運(yùn)行；非調(diào)度期丁壩塌壩運(yùn)行。

本發(fā)明的河口丁壩優(yōu)化設(shè)置方法，于河口取水口下游設(shè)置2道丁壩，垂直于河岸間隔布置，丁壩設(shè)計(jì)高度為不礙航的最大高度2m。

上下游水利工程聯(lián)合調(diào)控與歷史同期常規(guī)調(diào)控鹽水月均上溯距離對比見圖8。由圖8所示，本發(fā)明的上下游水利工程聯(lián)合調(diào)控方法可在水庫蓄水期和消落期內(nèi)顯著縮減鹽水上溯距離；此外，本發(fā)明可為河口地區(qū)取水口創(chuàng)造持續(xù)時間較長的連續(xù)取水機(jī)會，并削減取水口處氯化物峰值。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。