我國平原河網地區人口密集、經濟發達。隨著城鎮化進程的加快,河網受人類活動的影響逐漸加大,洪澇災害、水資源緊缺和水生態環境惡化等水問題十分突出,嚴重制約了區域社會經濟的可持續發展。水力調控作為保障河流安全的一種經濟有效的非工程措施,可利用天然水位差和閘壩泵工程快速改變天然來水來沙過程和河道水動力條件,從而降低洪澇災害損失、提高水資源利用率、改善河道水質。然而,水力調控涉及復雜河網水動力過程和閘壩泵工程群動態聯合調控等復雜因素,水力調控十分困難,特別是需滿足防洪、排澇、供水、通航、生態環境保護等的多目標水力調控更加困難,還沒有成熟的理論和技術可借鑒。因此,研究和發展復雜河網水動力模擬理論方法、構建多目標閘壩泵工程群協同水力調控技術體系,已成為區域水資源綜合利用和保障河流安全的亟待解決的關鍵技術難題。
課題針對流域內廣泛分布的河道、湖泊、行蓄洪區、圩區及水利工程等多要素多尺度耦合的難題,建立了水動力特征時間尺度通用計算公式、一二維雙向反饋算法和嵌套域尺度選擇及其敏感性評價方法,開發了流域尺度通用河網水動力數學模型,建立了基于遺傳算法的多參數智能反演方法和復雜河網水流狀態校正模式,發展了復雜河網的水動力模擬理論方法。主要研究內容包括:流域尺度通用河網水動力數學模型、復雜河網水力智能調控方法和調控模式、水閘運行優化技術、復雜河網水力調控決策支持系統。取得的主要成果:開發了水動力模型、水力智能調控模型協同耦合的復雜河網水力調控決策支持系統,為淮河流域防洪除澇、水資源配置、水環境生態保護等提供了技術保障。
成果的先進性及創新點:
(1)針對多邊界-多目標-多工程間非線性影響難題,將流域水動力模型與智能方法相結合,揭示了多邊界、多工程作用下的河網水動力過程,構建了多目標平衡模式以及多工程分級調控預案庫,創建了具有先驗知識和智能化等特征的復雜河網水力智能調控方法和多種調控模式。
(2)提出了通用閘泵調控運行模擬算法,實現了流域水動力模型和多目標水力調控模型之間的通信互饋,發明了臥倒門閘下射流清淤裝置和懸掛式水力自控系列閘門等水閘運行優化技術,為復雜河網水力調控開拓了新思路。