[发明专利]一种高含沙河流水库水沙分置调度模拟方法及系统

权利要求书

1.一种高含沙河流水库水沙分置调度模拟方法，应用于干流水库和调蓄水库共同调度的水利工程，其特征在于，所述模拟方法包括：

获取所述干流水库和所述调蓄水库的基本参数；

根据所述基本参数，结合对所述干流水库和所述调蓄水库拟定的调度运用方式计算所述干流水库和所述调蓄水库的出库流量；

根据所述干流水库和所述调蓄水库的出库流量，利用水流运动特性计算所述干流水库和所述调蓄水库的水力要素；

根据所述干流水库和所述调蓄水库的水力要素计算所述干流水库和所述调蓄水库各断面的泥沙冲淤要素；

根据所述水力要素和所述泥沙冲淤要素计算当前时段末河道的地形；

判断是否到达模拟结束时刻，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示否，则根据所述当前时段末河道的地形更新下一时段的基本参数，并返回步骤“根据所述基本参数，结合对所述干流水库和所述调蓄水库拟定的调度运用方式计算所述干流水库和所述调蓄水库的出库流量”进行下一时段的调度模拟；

若所述第一判断结果表示是，则生成模拟结果，并根据所述模拟结果确定所述拟定的调度运用方式的可行性；

其中，所述根据所述干流水库和所述调蓄水库的出库流量，利用水流运动特性计算所述干流水库和所述调蓄水库的水力要素，具体包括：

利用公式V_t干流-V_t-1干流＝(Q_{入，t干流}-Q_{出，t干流})Δt计算所述干流水库的蓄水量；其中V_t干流为第t时段末干流水库蓄水量，V_t-1干流为第t-1时段末干流水库蓄水量，Q_{入，t干流}为第t时段内干流水库平均入库流量，Q_{出，t干流}为第t时段内干流水库平均出库流量，Δt为计算时间步长；

利用干流水库的水位～库容曲线计算所述干流水库的蓄水量对应的坝前断面水位；

利用公式计算干流水库库区各断面的流量；其中Q_i为干流水库库区第i断面流量，Dis_i为干流水库第i断面距坝里程；Dis为干流水库库区总长度；

利用公式进行试算得到干流水库各断面水位和过水面积；其中Q_i-1为第i-1断面流量，Q_i为第i断面流量，A_i-1为第i-1断面过水面积，A_i为第i断面过水面积，Z_i-1为第i-1断面水位，Z_i为第i断面水位；ΔX_i为第i-1断面与第i断面之间的间距，g为重力加速度，J_i-1为第i-1断面能坡，J_i为第i断面的能坡；

将所述各断面的过水面积除以对应断面的过水河宽得到各断面平均水深；

将所述各断面的流量除以对应断面的过水面积得到各断面的平均流速；

利用公式V_t调蓄-V_t-1调蓄＝(Q_{入，t调蓄}-Q_{出，t调蓄})Δt计算所述调蓄水库的蓄水量；其中V_t调蓄为第t时段末调蓄水库蓄水量，V_t-1调蓄为t-1时段末调蓄水库蓄水量；Q_{入，t调蓄}为第t时段内调蓄水库平均入库流量，包括从干流水库中的引水量和调蓄水库自身来水量；Q_{出，t调蓄}为第t时段内调蓄水库出库流量；

利用调蓄水库的水位～库容曲线计算所述调蓄水库的蓄水量对应的调蓄水库水位；

其中，所述根据所述干流水库和所述调蓄水库的水力要素计算所述干流水库和所述调蓄水库各断面的泥沙冲淤要素，具体包括：

利用公式计算干流水库的水流挟沙力；

将所述水流挟沙力代入公式得到干流水库的分组沙水流挟沙力；

将所述分组沙水流挟沙力代入公式得到干流水库的各断面分组沙的含沙量；

将所述各断面分组沙的含沙量代入公式得到干流水库的各断面分组沙的冲淤厚度；

其中Q_i+1为干流水库第i+1断面的流量，Q_i为干流水库第i断面的流量；S为含沙量，S_k,i+1为干流水库第i+1断面第k分组沙的含沙量，S_k,i为干流水库第i断面第k分组沙的含沙量；S_*为水流挟沙力；S_*k,i为干流水库第i断面第k分组沙的挟沙力；γ为淤积物干容重；ΔA_dk,i+1、ΔA_dk,i分别为干流水库第i+1断面、第i断面第k分组沙的冲淤面积；Δt为计算时间步长；ΔX_i为干流水库第i+1断面与第i断面之间的间距；ΔZ_bk,i为干流水库第i断面第k分组沙的冲淤厚度；α为恢复饱和系数；ω为泥沙沉速，ω_k为第k分组沙的泥沙沉速；D₅₀为床沙中值粒径；γ_s为沙粒容重；γ_m为浑水容重；h为水深；V为断面流速；κ为卡门常数，S_v为利用体积比计算的进口断面平均含沙量；S_*k为第k分组沙的挟沙力；P_k为上游断面来沙级配；P_uk为表层床沙级配；n为泥沙粒径分组数；

当所述干流水库的坝前水流含沙量超过预设含沙量阈值时，以所述干流水库的坝前水流含沙量作为所述调蓄水库的引水平均含沙量；

当所述干流水库的坝前水流含沙量低于所述预设含沙量阈值时，利用公式计算调蓄水库引水平均含沙量；其中S_i为调蓄水库第i断面的含沙量，β为含沙量分布指数，S_a为河床底层含沙量，为相对水深，a_z＝0.5/h。