Hidrológiai Közlöny 1977 (57. évfolyam)

12. szám - Dr. Varga István: Szabályozott vízszintű csatornák általános dinamikai vizsgálatának elmélete

538 Hidrológiai Közlöny 1977. 12. sz. Dr. Varga I.: Szabályozott vízszintű csatornák — szabályozásokkal szemben támasztott legalapvetőbb követelmény az, hogy az egyensúlyi állapot megzavarása után ismét beálljon, ill. beállhasson állandósult — permanens — állapot, vagyis a szabályozás stabilis működésű legyen, — egy stabil működésű szabályozás akkor lenne ideális, ha a szabályozott jellemző (vízszintszabályozás esetén a szabályozó műtárgy al-, ill. felvízszintje) időben mindig megegyezne annak előírt értékével. Ez azonban gyakorlatilag nem megvalósítható. A szabályozás pontosságára a szabályozási eltérés jellemző, — a szabályozás minőségére jellemző az átmeneti — nempermanens — jelenségek lefolyása. Követelmény, hogy átmeneti állapotban a szabályozás minőségi jellemzői a technológiai folyamat — vízszétosztás; vízkormányzás — által előírt értékeknél ne legyenek rosszabbak. Ilyen minőségi jellemzők: a szabályozott jellemző maximális túllendülése, valamint a szabályozási idő (az egyensúlyi állapot megzavarásától az új permanens állapotot adott statikus pontossággal megközelítő állapot beálltáig eltelt idő.) A hazai és a külföldi szakirodalom tanúsága szerint egészen a közelmúltig külön-külön vizsgálták az adott vízkormányzási rendszer csatornaszakaszainak és szabályozóinak statikus és dinamikus viselkedését. A vízgazdálkodás mai fejlettségi szintjén — hasonlóan más népgazdasági ágakhoz — a különböző feladatok eredményes megoldásának egyik alapvető tudományos eszköze a rendszerelmélet és a rendszertechnika. Az előzőek alapján jelen tanulmány célja, hogy a szabályozott vízszintű csatornák és csatornarendszerek (öntöző-, belvíz-, üzemvízcsatornák stb.) zárt szabályozási rendszerként való általános dinamikai vizsgálatának egy lehetséges módjára tegyen javaslatot, bemutatva a vizsgálati mód elméleti alapjait. Ezért a tanulmány elsősorban módszertani jellegű. Jelen kereteket meghaladó gyakorlati végcél, adott szintszabályozású csatornarendszerhez és adott üzemelési feltételekhez rögzített minőségi követelményeket kielégítő automatikus szabályozóberendezések tervezési irányelveinek, ill. meglevő, kéziműködtetésű szabályozók üzemelési utasításának kidolgozása. 2. A szabályozott vízszintű csatorna alapmodelljének megválasztása. Meghatározások Összetett rendszerek vizsgálata előtt — ha erre mód van — célszerű meghatározni azt a lehetőségek szerint legáltalánosabb, de elméletileg és számítástechnikailag még „kezelhető" alapmodellt, amelyből tetszőleges összetettségű rendszer felépíthető. Vízkormányzási rendszerek sokféleségét — az igényoldalak különbözőségén túlmenően —- az üzemeltetési rendszerek, helyi viszonyok (terepviszonyok) különbözősége eredményezi. A helyi viszonyok alsó és felső vezérlésű rendszerben is a csatornák térbeli vonalvezetésében, szakaszolásában, vízkivételek térbeli és időbeli megoszlásában, vala" mint tereptárgyakkal való keresztezések műtár" gyaiban tükröződnek. A további vizsgálatok során a szabályozott vízszintű csatornarendszer alapelemének olyan prizmatikus csatornaszakaszt tekintünk, amelyet külső hatás csak a szakasz határszelvényeiben érhet. (Közbenső vízkivétel nélküli, szelvényváltozást jelentő műtárgyaktól mentes, homogén csatornaszakasz.) Az így definiált alapelem természetesen csak a rendszerhez való kapcsolódás feltételeinek, a határfeltételeknek a megadásával válik határozottá. A tanulmány következő pontjaiban a kapcsolódás különböző eseteit, a határfeltételek szabályozási rendszerre gyakorolt hatását részletesen vizsgáljuk. Az áttekinthetőség érdekében először a tanulmányban felhasznált néhány szabályozástechnikai fogalom vízkormányzási rendszerekre alkalmazását rögzítjük, mivel ezek a vízépítési gyakorlatban még nem egyértelműek [2, 3], Irányítási rendszer az irányított és az irányító rendszert foglalja magában, az irányítástól függetlenül meglevő műszaki létesítmények, melyek az irányítás tárgyát képezik. Ez a fogalom kiterjed a csatornaszakaszokra, mint irányított rendszerre, és a vízmozgást befolyásoló műtárgyakra, mint irányító rendszerre. Irányítási tag az irányítási rendszer valamely kiválasztott részének (elemének) jelformáló, dinamikus tulajdonságait képviselő fogalom. Ilyenek — dinamikai tulajdonságaik meghatározása után — a csatornaszakasz alapmodellje, ós az áramlást befolyásoló, ill. szabályozó műtárgyak. Jellemzőnek nevezzük azokat a fizikai állapothatározókat, amelyek az irányított folyamat—áramlás—állapotát jellemzik, vagy befolyásol ják. A szabályozott csatornaszakasz vízmozgásának jellemzői a vízmélység, a középsebessóg, ill. a vízhozam. Jel valamely fizikai állapothatározó minden olyan értéke, vagy értékváltozása, amely egy egyértelműen hozzárendelt információ szerzésére, továbbítására v. tárolására alkalmas. A csatornaszakaszban levő vízmozgás jelei az áramlás jellemzőinek értékei v. értékváltozásai. Bemenőjel a tagot működésre, egyensúlyi állapotának megváltoztatására késztető független külső jel. Vízkormányzási rendszerekben a csatornaszakaszok, mint irányítási tagok bemenőjelei adott szelvényekben jelentkező vízhozam (sebesség) változások, műtárgyak, mint szabályozó tagok bemenőjelei rendszerint vízszintváltozások. Kimenőjel a tag működése folytán kialakuló jel, a bemenőjel függvénye. Műtárgyak kimenőjele a vízszintváltozások eredményeként jelentkező vízhozamváltozás, csatornaszakaszok kimenőjelei pedig adott szelvényben jelentkező vízhozamváltozások, mint bemenő jelek hatására létrejövő, helykoordináta — mint paraméter — függvényében is változó vízszint, ill. sebességváltozások. Irányított jellemző : Az irányítani kívánt jellemző, amely előírt értékének kialakulását zavaró tényezők fellépése akadályozza. Szabályozott vízszintű rendszerekben ez a csatornaszakasz rögzített szelvényében kialakuló vízszint — vízmélység — amelynek előírt értéke egy meghatározott állandó érték. Rendelkező jel a szabályozott jellemzőnek előírt értéktől való eltérése. Közvetlen vízszintszabályozású csatornáknál ez a csatorna vízszintjének névleges szabályozási szinttől való eltérése a vízszintszabályozó műtárgy szelvényében. Megjegyzés: A rendszer jelen tanulmányban bemutatandó általános jellegű vizsgálatánál megengedhető, hogy a szabályozott jellemzők értékét és az ún. ellenőrzőjelet azonosnak vegyük. A szabálvozó berendezések részletes elemzésekor ez már nem engedhető meg.