[发明专利]一种河网中堰闸工程反向水流的数值模拟方法及系统

权利要求书

1.一种河网中堰闸工程反向水流的数值模拟方法，包括获取水流数据，其特征在于，还包括以下步骤：

判断过堰闸的水流流态和过流类型；

判断堰闸类型，所述堰闸类型为内河道堰闸或外河道堰闸；所述内河道堰闸存在有闸门控制且闸门关闭、自由出流和淹没出流三种状态；

当内河道堰闸处于自由出流且水流为堰流方式时，根据宽顶堰计算公式，反向过堰闸水流的流量计算公式为：

其中，负号表示反向水流，即与预先规定的水流方向相反；为重力加速度，为自由出流系数，为过流闸孔或堰顶净宽，为堰顶高程，为河网中预先定义的河流下游断面的水位；

当内河道堰闸处于自由出流、有闸门控制且水流为孔流方式时，根据闸孔出流计算公式，反向过闸水流的流量的公式为：

其中，负号表示反向水流，即与预先规定的水流方向相反；为重力加速度；为平面闸门的流速系数；为垂向收缩系数；为过流闸孔净宽；为闸门开度；

和计算公式为：

根据上述公式计算出追赶系数，计算公式如下：

其中，为河网中预先定义的河流上游断面的水位，和分别为当前时间步已知的闸门开度和下一时间步闸门开度的增量；；为当前时间步已计算出的堰闸下游水位。

2.如权利要求1所述的河网中堰闸工程反向水流的数值模拟方法，其特征在于，所述水流流态的判断方法为：

1）当上、下游水位满足，即上游水位小于下游水位，并且条件时，过堰闸水流为反向自由出流；

2）当上、下游水位满足，即上游水位小于下游水位，并且条件时，过堰闸水流为反向淹没出流；

其中，为河网中预先定义的河流上游断面的水位，为堰顶高程，为河网中预先定义的河流下游断面的水位，为河流的横断面编号。

3.如权利要求2所述的河网中堰闸工程反向水流的数值模拟方法，其特征在于，在利用Preissmann四点偏心求解方法时，河网中的内河道水流采用双追赶的形式计算，公式如下：

，

联立上面两个公式，得到：

其中，、、、、、为追赶系数；为河道的断面个数。

4.如权利要求2所述的河网中堰闸工程反向水流的数值模拟方法，其特征在于，在利用Preissmann四点偏心求解方法时，当河道边界为水位边界条件时，河网中的外河道水流采用单追赶的形式计算，公式为：

其中，、、、为追赶系数。

5.如权利要求4所述的河网中堰闸工程反向水流的数值模拟方法，其特征在于，在利用Preissmann四点偏心求解方法时，当河道边界为流量边界条件时，河网的外河道水流采用单追赶的形式计算，公式为：

其中，、、、为追赶系数。

6.如权利要求1所述的河网中堰闸工程反向水流的数值模拟方法，其特征在于，当堰闸类型为内河道堰闸时，将堰闸及上、下游断面作为一个独立的虚拟河段模拟，则和分别为该独立虚拟河段的首断面和末断面，即：

其中，指堰闸段河流的首断面，指堰闸段河流的末断面。

7.如权利要求6所述的河网中堰闸工程反向水流的数值模拟方法，其特征在于，当有闸门控制且闸门关闭时，堰闸不过流，流量为0，则

其中，和为待计算时段堰闸上、下游水位；，，，，，。

8.一种河网中堰闸工程反向水流的数值模拟系统，包括用于获取水流数据的数据获取模块，其特征在于，还包括以下模块：

判断模块：用于判断过堰闸的水流流态和过流类型；

所述判断模块用于判断堰闸类型，所述堰闸类型为内河道堰闸或外河道堰闸；所述内河道堰闸存在有闸门控制且闸门关闭、自由出流和淹没出流三种状态；

当内河道堰闸处于自由出流且水流为堰流方式时，根据宽顶堰计算公式，反向过堰闸水流的流量计算公式为：，其中，负号表示反向水流，即与预先规定的水流方向相反；为重力加速度，为自由出流系数，为过流闸孔或堰顶净宽，为堰顶高程，为河网中预先定义的河流下游断面的水位；

当内河道堰闸处于自由出流、有闸门控制且水流为孔流方式时，根据闸孔出流计算公式，反向过闸水流的流量的公式为：

其中，负号表示反向水流，即与预先规定的水流方向相反；为重力加速度；为平面闸门的流速系数；为垂向收缩系数；为过流闸孔净宽；为闸门开度；

和计算公式为：

根据上述公式计算出追赶系数，计算公式如下：

其中，为河网中预先定义的河流上游断面的水位，和分别为当前时间步已知的闸门开度和下一时间步闸门开度的增量；；为当前时间步已计算出的堰闸下游水位；

所述系统按照权利要求1-7中任一项所述的方法进行工作。