بکارگیری معادلات فضای حالت در تعیین ابعاد دریچه‌ی تخلیه کننده سد دو مخزنی و هوشمند سازی آن

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، دانشگاه تبریز

2 استاد، دانشکده عمران، دانشگاه تبریز

3 دانشکده عمران، دانشگاه تبریز

چکیده

طراحی نامناسب ابعاد هندسی دریچه تخلیه کننده و بازشدگی ناگهانی آن، باعث ایجاد خسارات مالی و جانی در پائین دست سد و عدم استفاده‌ی بهینه از آب درون مخزن می‌شود. برای افزایش تراز آب بر روی توربین‌های مولد برق، کنترل سیلاب‌ها و افزایش کارایی سد، تعیین ابعاد هندسی دریچه‌ی تخلیه کننده و هوشمند سازی آن ضروری است. در این مقاله معادلات غیر خطی دبی عبور از دریچه‌ی‌ تخلیه‌ کننده سد دو مخزنی و ارتفاع آب درون مخازن به معادلات خطی فضای حالت تبدیل شد. براساس معادلات خطی فضای حالت، هیدروگراف سیل طرح ورود و خروج از مخازن سد رسم گردید. با تعیین مقادیر مناسب برای پارامترهای بازشدگی دریچه‌ها، تنظیم نقطه‌ی تعادل هیدروگراف دبی ورود و خروج از مخازن سد، ارتفاع آب، حجم آب ذخیره شده در مخازن، ابعاد دریچه‌ی تخلیه کننده‌ی هر مخزن تعیین شد. با تنظیم و تغییر پارامترهای باز شدگی R نه تنها می‌توان نقطه‌ی تعادل دبی ورود و خروج سیل را در همان مکان هندسی روش پالس قرار داد بلکه در گستره‌ی وسیعی از هیدروگراف ورودی قابل تعیین است که با هر شرایط محیطی و اقتصادی انطباق پذیر است. سیستم‌های هوشمند دریچه‌ی تخلیه کننده با استفاده از المانهای الکترونیکی، میکروپروسسور، فاصله سنج، سنسورهای فرستنده و گیرنده آلتراسونیک، پردازشگر، قطعات دیگر و نرم‌افزار‌های مناسب ، طراحی و ساخته شدند. دریچه‌ی هوشمند تخلیه کننده، مجهز به سیستم‌های هشدار دهنده است و بر اساس برنامه‌ی بهره بردار و نظر طراح، از راه دور و بوسیله امواج ماهواره‌ای باز و بست می‌شود. سیستم-های هوشمند دریچه‌، در آزمایشگاه و کانال‌های باز آزمایش شد که از دقت بالایی برخوردار است. با نصب سیستم‌های هوشمند دریچه‌، نیروی انسانی کاهش، سیلاب‌ها کنترل و کارایی سد افزایش می‌یابد. این روش ساده، قابل اعتماد و انطباق پذیر با شرایط محیط است و در عمل می‌تواند جایگزین مناسبی برای روش های کنترل دستی و غیر اتوماتیک باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Applying State Space Equations in the Designing of the outlet gate dam with two reservoirs and its smart

نویسندگان [English]

  • mohammad ali lotfollahi-yaghin 1
  • mohammad taghi aalami 2
  • Mohammad Rahim Afshani 3
1 Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran.
2 Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz,Tabriz, Iran.
3 Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz
چکیده [English]

Factors such as improper performance of gates, their failure, and inappropriate design of gate dimensions are likely to be followed by dangerous dam overtopping. In this article, the nonlinear equations expressing the flow rate through the dam bottom gate or intake as well as the water head inside the reservoir were converted into linear equations in the state space. Based on these linear equations, the inlet and outlet hydrographs of the dam were plotted and the equilibrium point of the diagrams duly determined. Upon adjusting the equilibrium point between the inlet and outlet hydrographs and the height (head) and volume of the reservoir water, the bottom gate or intake dimensions were calculated. The inflow and outflow flood hydrographs fully overlap in case the smart prediction and flood control system along with the pulse method is used for routing of the flood to the reservoir, such that the difference between the two is negligible. Therefore, the proposed smart system offers sufficient accuracy. Then, the digital controllers and other electronic devices were built using microcontrollers, sensors, ultrasonic distance meters, and radio wave transmitters and receivers. Different programming languages were employed in the design building of systems. The proposed flood prediction and control system is equipped with alarm systems to inform the operators in the case of emergencies. After their design and building, the systems were repeatedly used and tested in the laboratory and open channels. The results were favorable and of high accuracy. This is a simple, useful, and reliable method, and can be a suitable substitute for previous ones.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Outlet gate control
  • state-space equations
  • linearizing equations
  • Design flood hydrograph
  • smart gate