用于开放式水道网络的损失检测系统.pdf

本发明公开一种确定和监测开放式水道网络(10)的容纳损失的损失检测系统。所述系统包括至少第一和第二流量调节器(26、28)以分别允许液体流入和流出至少一个池(10)。第一和第二流量传感器与各流量调节器(26、28)协作而且计算装置与所述流量调节器(26、28)和所述流量传感器通讯以控制所述流量调节器(26、28)的操作。所述计算装置通过计算经由所述至少第一流量调节器(26)流入所述至少一个池(10)的测得流量并减去经由所述至少第二调节器(28)流出所述至少一个池(10)的测得流量从而确定所述容纳损失。

1.  一种确定由于从至少一个池的渗漏和泄漏造成的容纳损失的损失检测方法，所述方法包括的步骤是维持所述至少一个池的水位恒定；监视进入所述至少一个池以维持所述恒定水位的净流量；确定蒸发损失并且通过从进入所述至少一个池的净流量中减去蒸发损失从而计算容纳损失。

2.  一种确定由于从至少一个池的渗漏和泄漏造成的容纳损失的损失检测方法，所述方法包括的步骤是测量所述至少一个池的体积变化；确定蒸发损失以及通过从所述至少一个池的体积变化中减去蒸发损失从而计算容纳损失。

3.  如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个池包括至少第一和第二流量调节器，以分别允许液体流入和流出所述至少一个池；与各流量调节器协作的第一和第二流量传感器；以及与所述流量调节器和所述流量传感器通讯从而控制所述流量调节器操作的计算装置，所述计算装置通过计算经由所述至少第一流量调节器流入所述至少一个池的测得流量并减去经由所述至少第二调节器流出所述至少一个池的测得流量从而确定所述容纳损失。

4.  如权利要求1-3任一所述的方法，其中可以通过下述方程确定蒸发损失：
E_vp＝0.01×P_f×E_pp×SA
其中：
E_vp＝周期‘p’内从池水表面蒸发的体积损失(兆升)，
P_f＝蒸发皿校正系数(A类)，
E_pp＝周期‘p’内的蒸发皿蒸发量(毫米)，
SA＝池的表面积。

5.  如权利要求3所述的方法，其中所述至少一个池包括至少一个液体计量输送装置，所述输送装置与所述计算装置通讯，来自其的测得流量也从经由所述至少第一流量调节器流入所述至少一个池的净流量中减去。

6.  如权利要求3或5所述的方法，其中所述容纳损失分为偷窃损失、蒸发损失、渗漏损失和泄漏损失，其中蒸发、渗漏和泄漏造成的损失保持恒定，从而通过所述计算装置确定偷窃损失。

7.  一种确定和监测开放式水道网络的容纳损失的损失检测系统，所述系统包括至少第一和第二流量调节器以分别允许液体流入和流出至少一个池；与各流量调节器协作的第一和第二流量传感器以及与所述流量调节器和所述流量传感器通讯以控制所述流量调节器操作的计算装置，所述计算装置通过计算经由所述至少第一流量调节器流入所述至少一个池的测得流量并减去经由所述至少第二调节器流出所述至少一个池的测得流量从而确定所述容纳损失。

8.  如权利要求7所述的损失检测系统，其中所述至少一个池包括至少一个液体计量输送装置，所述输送装置与所述计算装置通讯，来自其的测得流量也从经由所述至少第一流量调节器流入所述至少一个池的测得流量中减去。

9.  如权利要求7或8所述的损失检测系统，其中所述容纳损失分为偷窃损失、蒸发损失、渗漏损失和泄漏损失，其中蒸发、渗漏和泄漏造成的损失保持恒定，从而通过所述计算装置确定偷窃损失。

10.  如权利要求9所述的损失检测系统，其中可以通过下述方程确定蒸发损失：
E_vp＝0.01×P_f×E_pp×SA
其中：
E_vp＝周期‘p’内从池水表面蒸发的体积损失(兆升)，
P_f＝蒸发皿校正系数(A类)，
E_pp＝周期‘p’内的蒸发皿蒸发量(毫米)，
SA＝池的表面积。

11.  一种确定和监测开放式水道网络的容纳损失的损失检测方法，所述开放式水道网络包括至少第一和第二流量调节器以分别允许液体流入和流出至少一个池；与各流量调节器协作的第一和第二流量传感器以及与所述流量调节器和所述流量传感器通讯以控制所述流量调节器操作的计算装置，所述方法包括利用所述计算装置通过计算经由所述至少第一流量调节器流入所述至少一个池的测得流量并减去经由所述至少第二调节器流出所述至少一个池的测得流量从而确定所述容纳损失的步骤。

12.  如权利要求11所述的方法，其中所述至少一个池包括至少一个液体计量输送装置，所述输送装置与所述计算装置通讯，来自其的测得流量也从经由所述至少第一流量调节器流入所述至少一个池的测得流量中减去。

13.  如权利要求11或12所述的方法，其中所述容纳损失分为偷窃损失、蒸发损失、渗漏损失和泄漏损失，其中蒸发、渗漏和泄漏造成的损失保持恒定，从而通过所述计算装置确定偷窃损失。

14.  如权利要求13所述的方法，其中可以通过下述方程确定蒸发损失：
E_vp＝0.01×P_f×E_pp×SA
其中：
E_vp＝周期‘p’内从池水表面蒸发的体积损失(兆升)，
P_f＝蒸发皿校正系数(A类)，
E_pp＝周期‘p’内的蒸发皿蒸发量(毫米)，
SA＝池的表面积。

用于开放式水道网络的损失检测系统
技术领域
本发明涉及用于开放式水道网络的损失检测系统，特别地但不排他地涉及用于灌溉网网络的损失检测系统。
背景技术
开放式水道网络在世界上广泛用于长距离传送液体并且用于将液体分配给各种用户。该液体主要是水并且主要的应用是灌溉网网络。由于灌溉是世界上主要的用水者，与水道网络相关联的大量损失是这种有限资源的管理面临的主要挑战。水道典型地通过流量调节器沿水道长度在不同的间隔进行控制。流量调节器用于控制流经该调节器的液体流量并且同时保持该调节器上游获得希望的水位。在相邻的流量调节器之间的水的范围定义为“池”。
在国际专利申请No.PCT/AU02/00230(WO 02/071163)中，说明了一种用于控制水道网络的系统，可以精确控制和测量水道中的水。WO 02/071163中定义的“控制算法”自动为水道网络实现希望的控制目的(水位和流量)。在国际专利申请No.PCT/AU01/01036(WO 02/16698)中说明了一种流量调节器，可用于上述系统并且可以通过该流量调节器实现精确的水调节。该流量调节器或控制门是一种响应于来自“控制算法”的控制指令的执行装置。该控制门可以测量流经该门的流速并且具有水密密封能力。为了避免重复说明，WO 02/071163和WO 02/16698的内容在此全文引入。
申请人已确定由水道网络导致的水损失可以分为操作损失或容纳损失。操作损失来源于：
河口：水道溢出，通常与手动或受限控制能力有关。
测量误差：该误差与开放式水道的流量的精确和连续测量有关。
系统填充：大多数水道系统基于季节使用，并且存在与填充和排泄有关的损失。
容纳损失来源于：
泄漏：从水道堤岸泄漏。
渗漏：通过水道的河床的水损失。
蒸发：来自水道自由表面的蒸发。
未授权的使用：从水道中进行未记录的抽取和偷窃。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以从一个或多个池或水道确定和监测容纳损失的系统和方法。
对于本发明的这些目的，本发明在其一个方面提供了一种确定和监测开放式水道网络容纳损失的损失检测系统，所述系统包括至少第一和第二流量调节器以分别允许液体流入和流出至少一个池；与各流量调节器协作的第一和第二流量传感器；以及与所述流量调节器和所述流量传感器通讯以控制所述流量调节器操作的计算装置，所述计算装置通过计算经由所述至少第一流量调节器流入所述至少一个池的测得流量并减去经由所述至少第二调节器流出所述至少一个池的测得流量从而确定所述容纳损失。
优选地，所述至少一个池包括至少一个液体计量输送装置，所述输送装置与所述计算装置通讯，来自其的测得流量也从经由所述至少第一流量调节器流入所述至少一个池的测得流量中减去。所述容纳损失分为偷窃损失、蒸发损失、渗漏损失和泄漏损失，其中蒸发、渗漏和泄漏造成的损失保持恒定，从而通过所述计算装置确定偷窃损失。蒸发损失可以由下述方程确定：
E_vp＝0.01×P_f×E_pp×SA
其中：
E_vp＝周期‘p’内从池水表面蒸发的体积损失(兆升)，
P_f＝蒸发皿校正系数(A类)，
E_pp＝周期‘p’内的蒸发皿蒸发量(毫米)，
SA＝池的表面积。
在本发明的另一方面，提供一种确定和监测开放式水道网络的容纳损失的损失检测方法，所述开放式水道网络包括至少第一和第二流量调节器以分别允许液体流入和流出至少一个池；与各流量调节器协作的第一和第二流量传感器以及与所述流量调节器和所述流量传感器通讯以控制所述流量调节器操作的计算装置，所述方法包括利用所述计算装置通过计算经由所述至少第一流量调节器流入所述至少一个池的测得流量并减去经由所述至少第二调节器流出所述至少一个池的测得流量从而确定所述容纳损失的步骤。
在本发明的又一方面，提供了一种确定由于从至少一个池的渗漏和泄漏造成的容纳损失的损失检测方法，所述方法包括的步骤是测量所述至少一个池的体积变化；确定蒸发损失以及通过从所述至少一个池的体积变化中减去蒸发损失从而计算容纳损失。
在本发明的又一方面，提供了一种确定由于从至少一个池的渗漏和泄漏造成的容纳损失的损失检测方法，所述方法包括的步骤是维持所述至少一个池的水位恒定；监视进入所述至少一个池以维持所述恒定水位的净流量；确定蒸发损失并且通过从进入所述至少一个池的净流量中减去蒸发损失从而计算容纳损失。
附图说明
为了使本发明可以更容易理解并发挥实际作用，将参考附图进行说明，其中：
图1是池和从该池中发生容纳损失的示意图。
图2是根据本发明所采用的池容纳系统的示意图；和
图3是按时间关系画出的图2所示池容纳系统的各种损失的曲线图示。
具体实施方式
图1图示了前述从池中发生的容纳损失。池10具有带水道堤岸14、16的河床12，所述河床容纳水18。泄漏38通过水道堤岸14、16发生，而渗漏40通过河床12发生。自然蒸发42在白天从水18的表面20发生。水18的偷窃44典型地由于从池10中未授权地泵取水18而发生。
优选地，本发明与WO 02/071163中公开的控制水道网络的系统有关并且采用了W0 02/16698中公开的控制门。由于通过这些类型门可进行精确流量测量并防止泄漏，所以利用该系统和控制门可以消除对操作损失的考虑。本发明的系统没有这些控制门的发展是无法预想的。本发明不局限于这种系统和控制门，因为在可用的情况下它也可以适用于其他系统。
图2示出了位于池22、24之间的池10。入口控制门26将池10与池22分开而出口控制门28将池10与池24分开。控制门26、28是WO 02/16698中说明的类型，其可精确测量流过其的流速并且具有水密密封能力，从而防止任何经由控制门26、28的泄漏。池10中的流量计30为从池10中移除水提供了授权通道。所述流量计可以定位在任何移除水的位置，例如，它可以位于池10中的输入管开口、在泵的出口、在河床12内(图中可见)、在水道堤岸14、16内或者任何其他适当的或方便的位置。每个池可以具有许多流量计，也可以没有。流量计30和控制门26、28与计算机(未示出)相连接，后者与所述系统(未示出)相关联用于控制WO 02/171163中说明的水道网络。精确和连续地测量控制门26、28处流入和流出池10的流量两者，以及流经流量计30的流量，导致池10达到净水平衡。本发明的损失检测系统针对池10中的容纳损失。容纳损失如图2所示并且等于经由控制门26进入池10的测得流量32的总和，减去经由控制门28流出池10的测得流量34的总和，再减去经由流量计30计量输送给使用者的测得流量36。
综合容纳损失是如图1中所示的泄漏38、渗漏40、蒸发42和偷窃损失44的总和。该容纳损失是在假设池10的净体积保持恒定的前提下得到的。WO 02/071163中说明的用于控制水道网络的系统(未示出)被编成程序以维持恒定的水位并且保证该条件就是这个样子。上述假设当流入和流出池10的流量保持恒定时是有效的。灌溉水道的典型动态操作，即使用者打开和停止其用水，需要滤波或池体积计算技术以得出池操作的动态过程。滤波技术，诸如选定时间段内的平均流量是适当的。池体积的变化可以利用控制门26和28处监视得到的池10的水位变化计算获得。
从池10中未授权的抽取或偷窃44水可以典型地在随时间发展而进行地连续测量的容纳损失中检测为‘尖峰’。图3示出了在根据白天时间区间画出的兆升/天或毫米/天的容纳损失曲线中存在的这种尖峰46。曲线中示出的时间梯度表示正午。图3所示的蒸发损失48具有日变性，归咎于阳光存在的时间段内的损失。蒸发损失48可以利用自由表面的水蒸发量标准技术计算。这种技术的一个示例如以下方程所给出：
E_vp＝0.01×P_f×E_pp×SA
其中：
E_vp＝在周期‘p’内从池水表面蒸发损失的体积(兆升)。
P_f＝蒸发皿校正系数(Pan Factor)(A类)
E_pp＝在周期‘p’内的蒸发皿蒸发量(毫米)
SA＝池的表面积
剩下的泄漏损失50和渗漏损失52假设为恒定的，特别是在大多数分析过程发生的期间是恒定的。
典型地，该期间为数天或数月。因此可以确定池10的相结合的泄漏损失50和渗漏损失52。对于目的是将损失保持为最小值而进行的水道系统维护而言，确认相结合的泄漏和渗漏能力是重要的。使用者可以通过断定渗漏和/或泄漏发生的位置并且鼓励有关的修补工作从而采取行动来减少这些损失。
所述损失检测系统帮助确定容纳损失源的位置。所述损失检测系统采用实时数据采集软件和绘图系统来协助这一过程。
本发明的特别方面是在水道或池不向使用者输水时计算容纳损失。在此情况下，自动控制系统将维持水道流量以仅补充容纳损失。当这种情况发生时，如“降雨关闭”的结果，然后也可以假设不可能从水道或池中偷窃水。因为蒸发量可以直接计算，则容纳损失减去蒸发量仅为泄漏和渗漏量。因此，移除容纳损失中的其他计算输入增加了计算的精确性。该过程提供了一种精确校准和/或再校准水道或池系统中相结合的泄漏和渗漏的方式，因为所述泄漏和渗漏可以假设为相对恒定。
其他计算泄漏和渗漏损失的方式是关闭控制门26和28以保证不会有水进入或离开池10。然后可以通过测量水位的变化确定体积的变化。在此情况下的容纳损失即为池10的体积变化率。泄漏和渗漏损失等于容纳损失减去计算得到的蒸发量。
所述损失检测系统的另一个特征是具有连续审核水道或池网络中的损失状态的能力。对于水这种有限资源的需求，在世界范围内迅速增加而反过来水的价值也在增加。水道或池供应系统的管理者因此承受不断增加的压力以保持损失为最小值。本发明提供了对于损失状态的连续监视，以保证可以在发生新的泄漏时可以采取行动来应对。连续审核的另一个特征是具有精确地向使用者分配可用存水的能力，以保证实现这种资源的最大使用。
虽然已经参照单个池10的使用说明了优选实施例，但是本发明并不局限于此。可以对多个分开的池、池的聚合体或池的结合体进行计算而确定其容纳损失。
本发明应当理解为包括许多对于本领于的技术人员来说显而易见的进一步修改，这些修改应认为落入本发明的宽泛的范围和界限内，此处仅通过示例的方式论述了本发明的宽泛的实质以及某个特定的实施例。