Hidrológiai Közlöny 1979 (59. évfolyam)
8. szám - Dr. Varga István–Hidvégi János: A vízszintszabályozás stabilitásvizsgálata nyíltfelszínű csatornákban
354 Hidrológiai Közlöny 1979. 8. sz. A vízszintszabályozás stabilitásvizsgálata nyíltfelszínű csatornákban DR. VARGA ISTVÁN — HÍDVÉGI JÁNOS* 1. Bevezetés. A tanulmány célja. Egy műszaki létesítmény, amelyben működése során valamilyen technológiai folyamat megy végbe, nem funkcionálhat eredményesen technológiai folyamatainak irányítása nélkül. Az irányítás olyan művelet, amely valamilyen technológiai folyamatba avatkozik be annak elindítása, fenntartása, megváltoztatása, illetve megszüntetése érdekében [3]. A vízgazdálkodás egyik fontos, irányítási műveletek sorozatával befolyásolt technológiai folyamata a nyíltfelszínű csatornák vízkormányzása. Ennek során a vízmennyiségeknek és a szállított víz energiatartalmának időbeli alakulását kívánjuk befolyásolni az igények tér- és időbeni helyzetének megfelelően. [5] A nyíltfelszínű csatornák többségénél műszaki és gazdasági okokból követelmény a vízszintek adott üzemi tartományon belüli állandósítása. Ezért a vízkormányzás problémája irányítástechnikai szempontból értéktartó jellegű szabályozási rendszer problémájaként jelentkezik, ahol a vízszintszabályozó kézi vagy automatikus működtetésű. A szabályozási rendszerekkel szemben támasztott követelmények két, lényegileg különböző, de egymással kapcsolatban levő területre bomlanak : — a szabályozásokkal szemben támasztott legalapvetőbb követelmény, hogy az egyensúlyi állapot megzavarása után egy új egyensúlyi állapot létrejöttének feltételei biztosítva legyenek, vagyis a szabályozás stabil legyen; — a követelmények másik nagy területe az adott technológiai folyamat által igényelt minőségi követelmények, mint pl. a szabályozási eltérés, maximális túllendülés és a szabályozási idő. Ezen követelmények kielégítésének szükséges feltétele a szabályozási rendszer statikus és dinamikus tulajdonságainak ismerete. Ez a rendszer két alapvető tagjának, a szabályozott szakasznak és a szabályozóberendezésnek, valamint kölcsönös egymásrahatásaiknak jellemzését igényli statikus és dinamikus állapotban egyaránt. A vízkormányzási rendszerek fő szabályozási tagjainak — a vízszintszabályozó berendezések és a szabályozott vízszintű csatornaszakaszok — statikus (permanens) állapotban való jellemzése már megfelelő múlttal rendelkezik. A szabályozott csatornaszakaszok átmeneti, nempermanens áramlási állapotainak megbízható jellemzése — elsősorban a folyamat nemlineáris jellege miatt — csak az utóbbi évtizedekben — pl. az [1, 4, 11, 13, 14, 20] által — vált lehetővé. A vízszintszabályozó berendezések, valamint a szabályozási rendszerek * Vízügyi Tervező Vállalat, Budapest. átmeneti állapotainak jellemzésére a gyakorlatban jelenleg sem áll rendelkezésre megfelelő módszer. Ennek szükségességére a [9, 12, 15, 16, 18] tanulmányok is felhívják a figyelmet. Tanulmányunk célja, hogy a közvetlen rendszerű vízszintszabályozás [18] stabilitási problémájának vizsgálatára mutasson be egy elméleti és gyakorlati módszert, amely rendszertechnikai elveken teszi lehetővé a szabályozott csatornaszakasz és a szabályozóberendezés paramétereinek egyidejű figyelembevételét. A továbbiakban rögzített vizsgálati módszer elsősorban a szabályozott vízszintű szivárgó-, belvíz-, öntöző- és üzemvízcsatornák hidraulikai stabilitási kérdésének megoldásához kíván hozzájárulni. 2. A dinamikai vizsgálat elméleti alapjai 2.1. A tanulmányban használt fogalmak és jelölések Az egyszerűbb áttekinthetőség érdekében a következőkben rögzítjük az általánosan használt fogalmak definícióját és a jelöléseket. — A továbbiakban közvetlen vízszintszabályozású csatornákkal, ill. csatornarendszerekkel foglalkozunk, amelyekben a vízszintstabilizálás oly módon valósul meg, hogy az üzemeltetés rendszerétől függően — alsó- vagy felső vezérlésű — a szabályozott csatornaszakasz alsó, vagy felső határszelvényének vízszintjét állandósítják egy adott szinten, a határszelvényen átfolyó vízhozamtól és a szabályozó műtárgynál levő vízlépcsőtől függetlenül [18]. — A szabályozott vízszintű csatornarendszer alapmodelljén egy szabályozott csatornaszakaszból és egy vízszintszabályozóból álló rendszert értünk, amely lehet al- és felvízszintszabályozású [21], — A szabályozott csatornaszakasz modelljének olyan prizmatikus csatornaszakaszt tekintünk, amelyet külső hatás csak a szakasz határszelvényeiben érhet [21]. Az általánosan használt jelölések a következők: l — a csatornaszakasz hossza [mj hu — a csatornaszakasz átlagos vízmélysége fin] bu — átlagos víztükörszélesség [m| /u — átlagos nedvesített keresztmetszeti terület [ni 21 k u — átlagos nedvesített kerület [m| v„ — átlagos középsebesség [m/s] i „ — a csatorna átlagos esése [1| c„ — átlagos hullámterjedési sebesség állóvízben [m/s| y — nehézségi gyorsulás [m/s 2] x — a csatorna helykoordinátája [mj t — idő [sec] P — a 3/3Í differenciáloperátor r j, t j — képzetes (imaginárius) egység L(—1) -1 h (x, t) — vízmélységváltozás átmeneti állapotban H (x, p) — a h(x, t) Laplace-transzformáltja H (x, t) — vízhozamváltozás átmeneti állapotban Q (x, |>) — a Q (x, t) Laplace-transzformáltja v (x, t) — középsebességváltozás átmeneti állapotban V (x, |)) — a v (x, t) Laplace-transzformáltja n (t) — a szabályozó műtárgy átfolyási tényező változása M (p) — a ß(t) Laplace-transzformáltja Y (X, p) — átviteli függvény
