一种跨流域地下运河防洪稳水安全通航协同控制系统的制作方法

本发明涉及运河防洪，具体为一种跨流域地下运河防洪稳水安全通航协同控制系统。

背景技术：

1、地下运河防洪稳水安全通航协同控制方法，主要适用于地下运河通航工程中，用于在汛期及平水期运行状态下对地下运河水位进行调节、对外部洪水进行阻隔以及对航行船舶进行安全保护。现有地下通航航道通常依靠地表河道与地下航道直接连通，配备船闸和排水泵站以实现船舶在地下航道内、外航道之间的跨区段通行。

2、然而，现有地下运河与外部水库或地表河道之间缺乏物理隔断，地下运河通航水位与外部河道正常水位高程相同，汛期外部洪水流入地下运河易导致洞内水位上升，危及地下航行船舶的安全；同时，现有地下航道在两端水头作用下易形成水流流动，造成跨流域水资源转移以及水生生物跨流域迁徙，影响流域水资源的利用并破坏各流域原有的生态平衡。

技术实现思路

1、解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种跨流域地下运河防洪稳水安全通航协同控制系统，解决了现有地下航道与外部水域直接连通且缺乏水位与底面高程约束，易导致外部洪水倒灌引起洞内水位上升危及通航安全，并引发跨流域水资源转移与水生生物迁徙破坏生态平衡的问题。

3、技术方案

4、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

5、一种跨流域地下运河防洪稳水安全通航协同控制系统，包括：维持地下运河洞内全线水面处于无梯度的同一高程，且维持地下运河全线隧道底面处于无梯度的同一高程。

6、优选的，在地下运河洞口设置底坎，使地下运河隧道底面高程高于洞外河道底面高程以断开洞内外河道，且地下运河洞内正常水位高程高于洞外水体正常水位高程；设定洞内正常水位高程与洞外设计洪水位高程相同，当洞外水位处于设计洪水位以下时，阻断洞外洪水倒灌，地下运河洞内保持正常水位，并通过地下运河洞口外的船闸调节水位以实现洞内外通航。

7、优选的，所述船闸设置在地下运河洞外与水库或河道连接处，船闸闸门的顶部高程设定为校核洪水位高程；当洞外水位处于设计洪水位至校核洪水位区间时，利用船闸闸门阻挡洪水涌入地下运河，并通过船闸调节水位维持通航；当洞外水位处于平水期或枯水期时，利用船闸闸门反向阻挡地下运河水体外流，以维持洞内正常水位及通航水深。

8、优选的，在地下运河洞口设置紧急闸门，当洞外水位逼近校核洪水位时，关闭紧急闸门封闭洞口以阻隔超出校核洪水位的洪水，维持地下运河内部水位处于正常水位。

9、优选的，所述地下运河及船闸的高程低于周边天然河道高程；自高处天然河道布设引水管道连通至船闸闸室，自船闸闸室布设排水管道连通至天然河道下游；通过启闭引水管道与排水管道上的闸阀实现船闸闸室的无泵重力充水与排水，且在平水期与枯水期通过引水管道向地下运河补充水量。

10、优选的，所述船闸的闸门具备双向抗水压功能，地下运河洞口与船闸闸室之间设有人工航道；当闸室水位未达到洞内正常水位时，临近洞口端的船闸闸门处于关闭状态；当闸室水位调节至与洞内正常水位齐平时，开启临近洞口端的船闸闸门，以使船只在地下运河与船闸闸室之间经由人工航道通行。

11、优选的，沿地下运河全线布设通风道，并在通风道内设置通达地面的电梯和步道以作为应急疏散通道；且在地下运河沿线城镇区域配套设置客货缆车系统连通地面交通枢纽，以兼作应急安全通道。

12、优选的，所述船闸闸室充水与排水过程中的闸阀控制步骤包括：在闸室充水或排水初始阶段，将引水管道或排水管道上的闸阀调节至初始小开度并维持预设初始延时，限制闸室内水位升降速率；当闸室水位与目标通航水位的水位差缩小至预设第一阈值时，增大所述闸阀开度以加速充排水；当闸室水位与目标通航水位达到齐平状态时，完全关闭所述闸阀，并联锁触发开启对应的船闸闸门。

13、优选的，所述紧急闸门的闭门控制步骤包括：当监测到洞外水位逼近校核洪水位预设安全阈值时，触发紧急闸门关闭指令，并采集所述紧急闸门垂直行程区域内的船舶净空信号；在确认行程区域处于净空状态后，控制所述紧急闸门以第一下落速度运行至预设开度位置并悬停滞留预设时间，由所述通风道进行洞内与洞外的气压平衡调节；滞留时间结束后，控制所述紧急闸门以低于所述第一下落速度的第二下落速度继续下落直至贴合底坎顶面以实现完全闭合。

14、有益效果

15、与现有技术相比，本发明提供了一种跨流域地下运河防洪稳水安全通航协同控制系统，具备以下有益效果：

16、1.该一种跨流域地下运河防洪稳水安全通航协同控制系统，利用维持地下运河全线水面和隧道底面处于无梯度的同一高程、在洞口设置底坎以及设定洞内正常水位与洞外设计洪水位齐平的设置，在洞外处于设计洪水位及以下时通过几何高程约束阻断洪水倒灌入洞，同时避免地下运河成为输水通道，阻隔了跨流域水资源非受控转移与水生生物跨流域迁徙，保护了各流域原有的水资源与生态环境平衡。

17、2.该一种跨流域地下运河防洪稳水安全通航协同控制系统，利用闸门顶端高程达到校核洪水位的船闸与洞口紧急闸门协同运作的设置，在设计洪水位至校核洪水位区间通过船闸保持通航与阻挡洪水，在平水期和枯水期反向阻止洞内水体外流以维持通航水深，且在超校核洪水位时闭合紧急闸门，维持洞内水位处于稳定状态，使洞内航行船舶无需出洞避险即可保持安全航行。

18、3.该一种跨流域地下运河防洪稳水安全通航协同控制系统，利用高处天然河道引水管道、下游排水管道及分级开度闸阀调控的设置，实现船闸无泵自流充泄水与地下运河自流补水，降低了系统运维能耗，并配合沿线布设的通风道与客货缆车系统，保障了长隧洞内的空气流通与均压释放，同时为人员转移提供了应急疏散通道。

1.一种跨流域地下运河防洪稳水安全通航协同控制系统，其特征在于：包括：维持地下运河洞内全线水面处于无梯度的同一高程，且维持地下运河全线隧道底面处于无梯度的同一高程。

2.根据权利要求1所述的一种跨流域地下运河防洪稳水安全通航协同控制系统，其特征在于：在地下运河洞口设置底坎，使地下运河隧道底面高程高于洞外河道底面高程以断开洞内外河道，且地下运河洞内正常水位高程高于洞外水体正常水位高程；设定洞内正常水位高程与洞外设计洪水位高程相同，当洞外水位处于设计洪水位以下时，阻断洞外洪水倒灌，地下运河洞内保持正常水位，并通过地下运河洞口外的船闸调节水位以实现洞内外通航。

3.根据权利要求2所述的一种跨流域地下运河防洪稳水安全通航协同控制系统，其特征在于：所述船闸设置在地下运河洞外与水库或河道连接处，船闸闸门的顶部高程设定为校核洪水位高程；当洞外水位处于设计洪水位至校核洪水位区间时，利用船闸闸门阻挡洪水涌入地下运河，并通过船闸调节水位维持通航；当洞外水位处于平水期或枯水期时，利用船闸闸门反向阻挡地下运河水体外流，以维持洞内正常水位及通航水深。

4.根据权利要求2所述的一种跨流域地下运河防洪稳水安全通航协同控制系统，其特征在于：在地下运河洞口设置紧急闸门，当洞外水位逼近校核洪水位时，关闭紧急闸门封闭洞口以阻隔超出校核洪水位的洪水，维持地下运河内部水位处于正常水位。

5.根据权利要求3所述的一种跨流域地下运河防洪稳水安全通航协同控制系统，其特征在于：所述地下运河及船闸的高程低于周边天然河道高程；自高处天然河道布设引水管道连通至船闸闸室，自船闸闸室布设排水管道连通至天然河道下游；通过启闭引水管道与排水管道上的闸阀实现船闸闸室的无泵重力充水与排水，且在平水期与枯水期通过引水管道向地下运河补充水量。

6.根据权利要求5所述的一种跨流域地下运河防洪稳水安全通航协同控制系统，其特征在于：所述船闸的闸门具备双向抗水压功能，地下运河洞口与船闸闸室之间设有人工航道；当闸室水位未达到洞内正常水位时，临近洞口端的船闸闸门处于关闭状态；当闸室水位调节至与洞内正常水位齐平时，开启临近洞口端的船闸闸门，以使船只在地下运河与船闸闸室之间经由人工航道通行。

7.根据权利要求4所述的一种跨流域地下运河防洪稳水安全通航协同控制系统，其特征在于：沿地下运河全线布设通风道，并在通风道内设置通达地面的电梯和步道以作为应急疏散通道；且在地下运河沿线城镇区域配套设置客货缆车系统连通地面交通枢纽，以兼作应急安全通道。

8.根据权利要求6所述的一种跨流域地下运河防洪稳水安全通航协同控制系统，其特征在于：所述船闸闸室充水与排水过程中的闸阀控制步骤包括：在闸室充水或排水初始阶段，将引水管道或排水管道上的闸阀调节至初始小开度并维持预设初始延时，限制闸室内水位升降速率；当闸室水位与目标通航水位的水位差缩小至预设第一阈值时，增大所述闸阀开度以加速充排水；当闸室水位与目标通航水位达到齐平状态时，完全关闭所述闸阀，并联锁触发开启对应的船闸闸门。

9.根据权利要求7所述的一种跨流域地下运河防洪稳水安全通航协同控制系统，其特征在于：所述紧急闸门的闭门控制步骤包括：当监测到洞外水位逼近校核洪水位预设安全阈值时，触发紧急闸门关闭指令，并采集所述紧急闸门垂直行程区域内的船舶净空信号；在确认行程区域处于净空状态后，控制所述紧急闸门以第一下落速度运行至预设开度位置并悬停滞留预设时间，由所述通风道进行洞内与洞外的气压平衡调节；滞留时间结束后，控制所述紧急闸门以低于所述第一下落速度的第二下落速度继续下落直至贴合底坎顶面以实现完全闭合。