[发明专利]一种大型平开闸排洪防潮运行调度的数值模拟方法

权利要求书

1.一种大型平开闸排洪防潮运行调度的数值模拟方法，其特征是，建立二维数学模型，计算河道各频率洪水过程，潮位过程，通过所述二维数学模型对河道实际的潮位过程、流速、流量过程进行验证；

所述二维数学模型包括以下计算方法：

a.基于三向不可压缩和Reynolds值均布的Navier-Stokes方程，并服从于Boussinesq假定和静水压力的假定；

二维非恒定浅水方程组为：

（2a-1）

（2a-2）

（2a-3）

式中：为时间；为笛卡尔坐标系坐标；为水位；为静止水深；为总水深；分别为方向上的速度分量；是哥氏力系数，，为地球自转角速度，为当地纬度；为重力加速度；为水的密度；分别为辐射应力分量；为源汇项，为源汇项水流流速；

b．分析确定水闸运行调度特征水位，所述特征水位包括正常蓄水位、汛限水位、设计洪水位、校核洪水位，模拟运行中先开中间平板闸、再开两侧弧形闸，进行防洪排涝过程模拟：

①第一阶段，t₀时刻，开启平板闸泄流；

②第二阶段，t₁时刻，根据步骤a的二维数学模型，采用分段逐步开启进行模拟的方式，首先将弧形闸开启1/3开度，选择t₁时刻的流场作为第二阶段计算的初始条件，计算0.5h后，即t₂时刻，进入第三阶段计算；

③第三阶段，弧形闸开启2/3开度，选择t₂时刻的流场作为第三阶段计算的初始条件，计算0.5h后，即t₃时刻，进入第三阶段计算；

④第四阶段，弧形闸全开，选择t₃时刻的流场作为第四阶段计算的初始条件，计算0.5h后，即t₄时刻，进入第四阶段计算；

⑤第五阶段，关闭弧形闸，即t₄时刻；第五阶段计算从t₄时刻之后的0.5h开始，即t₅时刻，初始条件选择t₄时刻流场，弧形闸关闭1/3开度；

⑥第六阶段，t₅时刻之后0.5h开始第六阶段计算，即t₆时刻，弧形闸关闭2/3开度，初始条件选择t₅时刻流场；

⑦第七阶段，t₆时刻之后0.5h开始第六阶段计算，即t₇时刻，弧形闸全关，初始条件选择t₆时刻流场，此后进入平板闸常规调度，候潮启闭。

2.根据权利要求1所述的一种大型平开闸排洪防潮运行调度的数值模拟方法，其特征是，所述二维数学模型中的和是平均深度的速度，定义为：

（3-1）。

3.根据权利要求1所述的一种大型平开闸排洪防潮运行调度的数值模拟方法，其特征是，所述为水平粘滞应力项，包括粘性力、紊流应力和水平对流，所述根据沿水深平均的速度梯度用涡流粘性方程求得：

（4-1）。

4.根据权利要求1所述的一种大型平开闸排洪防潮运行调度的数值模拟方法，其特征是，根据推导，笛卡尔坐标系下模型基本方程表示成如下形式：

（5-1）

式中：为守恒型物理向量；为通量向量；为源项；上标和分别为无粘性和粘性通量。

5.根据权利要求4所述的一种大型平开闸排洪防潮运行调度的数值模拟方法，其特征是，所述控制方程（5-1）在空间上采用非结构化网格下的有限体积法进行离散，在时间上采用显性欧拉法进行离散。