[发明专利]给定流量下调节闸门开度的方法

说明书

本发明公开了一种给定流量下调节闸门开度的方法。其包括根据闸门的孔的数量以及给定流量Q，利用Saint‑Venant方程组，获取渠道的横断面尺寸；对渠道俯视平面用非结构化网格进行空间离散；并以实线交点定义水位信息，虚线交点定义流量信息，且闸门位于虚线上；采用全隐式标量耗散有限体积法求解Saint‑Venant方程组，并根据Saint‑Venant方程组的解建立过闸水运动实时并行计算模型；以给定流量Q为过闸水运动实时并行计算模型的内边界条件，并以小于等于闸门最高点处水位值为上游水位边界条件，运算过闸水运动实时并行计算模型，获得恒定流态下的模拟上游水位值和下游水位值；调节渠道的闸门开度，直至实测的上游水位值和下游水位值与唯一恒定流态下的模拟上游水位值和下游水位值吻合。

技术领域

本发明涉及水利工程领域，具体涉及一种给定流量下调节闸门开度的方法。

背景技术

给定渠道控制节点处的流量后，如何设定闸门开度，在流域或灌区地表水网调控过程中极其重要。传统的确定闸门开度的方法是比例分配法，即基于最大开度对应的过流量和无开度时零过流量，开等比例的分配流量与开度。该方法简洁易用，但完全未考虑水运动过程的势能与动能梯度驱动的非线性特征，故精度不高。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明旨在提供一种更加精准的给定流量下调节闸门开度的方法。

为了达到上述发明创造的目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种给定流量下调节闸门开度的方法，其包括：

S1、根据闸门的孔的数量以及给定流量Q，利用Saint-Venant方程组，获取渠道的横断面尺寸；

S2、对渠道俯视平面用非结构化网格进行空间离散；

S3、在空间离散后的非结构化网格中，以实线交点定义水位信息，虚线交点定义流量信息，且闸门位于虚线上；

S4、根据步骤S3中的流量和水位的定义，采用全隐式标量耗散有限体积法求解Saint-Venant方程组，并根据Saint-Venant方程组的解建立过闸水运动实时并行计算模型；

S5、以给定流量Q为过闸水运动实时并行计算模型的内边界条件，并以小于等于闸门最高点处水位值为上游水位边界条件，运算过闸水运动实时并行计算模型，获得过闸水流运动过程唯一恒定流态下的模拟上游水位值和下游水位值；

S6、调节渠道的闸门开度，直至实测的上游水位值和下游水位值与唯一恒定流态下的模拟上游水位值和下游水位值吻合，此时的闸门开度即给定流量Q下的闸门开度。

进一步地，当闸门的孔的数量为1时，Saint-Venant方程组为：

其中：地表水位ζ＝h+z_b，h为地表水深(m)、z_b是地表相对高程(m)；t为时间坐标(s)；s为沿渠道方向的距离坐标(m)；Q为给定流量(m³/s·m)；为渠道的过流速度(m/s)；A为渠道的过流断面面积(m²)；R为渠道的水力半径(m)；g＝9.8为重力加速度(m/s²)；n为地表糙率(s/m^1/3)；

当闸门的孔的数量大于1时，Saint-Venant方程组为：

其中，x和y为以闸门方向为X轴，渠道方向为Y轴的坐标系中的坐标(m)；u和v分别为水流沿x和y坐标向的垂向均布流速(m/s)；q_x和q_y分别为水流沿x和y坐标向的单宽流量(m²/s)。