Hidrológiai Közlöny 1977 (57. évfolyam)
12. szám - Dr. Varga István: Szabályozott vízszintű csatornák általános dinamikai vizsgálatának elmélete
Beszámoló Hidrológiai Közlöny 1977. 10. sz. 537 Szabályozott vízszintű csatornák általános dinamikai vizsgálatának elmélete I. rész Dr. VARGA ISTVÄN* Csatornaszakaszok szabályozott szakaszként való vizsgálata Tanulmányunkban szabályozott vízszíntű csatornák dinamikai problémáinak rendszerszemléletű tárgyalásmódját kívánjuk bemutatni, egyértelmű és explicit kapcsolatot keresve a csatornák és vízszintszabályozóik paraméterei, valamint a szabályozással szemben támasztott követelmények között. Jelen I. részben a magányos csatornaszakasz, a II. részben a műtárgyak, valamint a csatorna ós műtárgyai által alkotott egyszerű és összetett csatornarendszerek jellemzésével foglalkozunk. A tanulmányban általánosan használt jelölések a — elzárószerkezet jellemző nyitásórtóko b — víztükörszélessóg c — hullámsebesség / — nedvesített keresztmetszeti terület g — nehézségi gyorsulás h — vízmélység i — vízfelszín esése, ideális szabályozási jellemzők indexe j — képzetes egység; (—l) 1/ 2 k — vízhozammodulus l — csatornaszakasz hossza p — a d/dt differenciáloperátor szimbóluma r — karakterisztikus egyenlet gyöke t — idő v — közópsebessóg x —- csatorna helykoordinátája A — hidraulikai mennyiségek megváltozása p(t) — átfolyási tényező t) — relatív vízmélységváltozás nem állandósult állapotban <p(x, t) — relatív sebességváltozás nem állandósult állapotban fí(x, t) — relatív vízhozamváltozás nem állandósult állapotban Z(x, p) — C(x, t) Laplace-transzforináltja fix, p) —- (p(x, t) Laplace-transzformáltja &(x, p) — &(x, t) Laplace-transzformáltja M(p) — fi(t) átfolyási tényező relatív változásának Laplace-transzformáltja Y(x, p) — átviteli függvény Ys(x, p) — szabályozott szakasz átviteli mátrixa Y])(p) — a határfeltételt befolyásoló műtárgy — szabályozó — átviteli vektora Y v(p) — visszacsatolás átviteli függvénye \Y(x, p) — szabályozási rendszer átviteli mátrixa 1. Bevezetés. A tanulmány célja Nyíltfelszínű csatornák eredményes működésének egyik alapvető feltétele, hogy technológiai folyamataikat irányítani tudjuk. Mint ismeretes, az irányítás olyan művelet, amely valamilyen műszaki folyamatba annak létrehozása (elindítása), fenntartása, tervszerű lefolyásának biztosítása, megváltoztatása, vagy megszüntetése végett beavatkozik [2]*. * Vízügyi Tervező Vállalat, Budapest. * Felhasznált irodalom a II. rész végén található. Pl. öntözőfürtök egyik legfontosabb, irányítási műveletek sorozatával befolyásolt technológiai folyamata a vízkormányzás. Ez magában foglalja mindazokat a műveleteket, mely eredményeként a kötött elhelyezésű, folyamatosan működő vízbeszerzésnél nyert öntözővíz megfelelő mennyiségben és időben eljut a nagyobb területen elosztott, nagyszámú fogyasztóhoz [9]. A vízkormányzási folyamat irányítása során tehát a vízmennyiségeknek (vízhozamoknak) és a szállított víz energiatartalmának időbeli alakulását kívánjuk az igények tér- és időbeli helyzetének megfelelően a mindenkori legkedvezőbb állapot elérése érdekében tudatosan befolyásolni. A befolyásolás kézi vagy önműködő (automatikus) irányítási műveletek eredményeként valósul meg. A különböző vízkormányzási rendszerek elemzése helyett itt csak utalunk néhány alapvető hazai tanulmányra [5, 12, 15, 16, 18, 19]. A hazánkban is alkalmazott vízkormányzási rendszerek fő jellemzői a következők szerint foglalhatók össze: —- a vízszállítóművek döntő többsége 2—-50 cm/km vízszintesésű, nvíltfelszínű csatorna, — nagyobb szállítási távolságok esetén a csatornák szakaszoltak (bögézettek), — az egyes csatornaszakaszokon belül a vízszint adott üzemi tartományon belül állandósított, — a' vízszinttartás közvetlen vízszintszabályozás révén valósul meg, (A csatornaszakasz alsó v. felső határszelvényében levő vízszintjének értéktartó szabályozásával.) — a vízszintszabályozó műtárgyak—bögéző műtárgyak—kiosztása, vagyis a csatornaszakaszok hossza rendszerint olyan, hogy a vízfolyás irányában később következő műtárgy duzzasztó hatása visszahat a felette levő műtárgy alvizéig, (Alvízi visszahatás!) — a csatornák üzemeltetés rendjét illetően alsó v. felső vezérlésűek, a vegyes rendszerben való üzemeltetés aránylag ritkán fordul elő, (Kettős működésű csatornák.) — a vízszintszabályozó műtárgyak felső vezérlésű rendszerben kézi, esetleg önműködő irányításúak, alsó vezérlésű rendszerben általában automatikusak. Összefoglalva: a vízkormányzás problémája irányítástechnikai szempontból értéktartó jellegű szabályozási rendszer problémájaként jelentkezik, ahol a vízszintszabályozó kézi vagy automatikus működtetésű. A csatornarendszerrel, mint zárt szabályozási rendszerrel szemben támasztott követelmények, a fő minőségi jellemzők a következők [2]:
