[发明专利]一种明渠中依据实测水位变化情况估计水位超限时间的方法

说明书

本发明公开了一种明渠中依据实测水位变化情况估计水位超限时间的方法，包括，S1、建立渠段的仿真模型；S2、基于所述仿真模型，确定渠段的单位流量下流量变化率；S3、基于所述仿真模型，确定渠段的流量‑水位‑蓄量关系；S4、拟合实测下游水位变化曲线，并根据拟合获取的实测水位变化率结合渠段的单位流量下流量变化率，获取上游变化流量；S5、根据上游变化流量结合渠段的流量‑水位‑蓄量关系，获取估计下游水位超限时间。优点是：能有效进行提前预警，防止水位超限造成漫溢灾害，损伤渠道；能与为之后渠道的水力调控提供相应参考；且本方法计算结果与传统不平衡流量下仅依靠水位监测数据得到的预警时间相比，不仅提高了精度，更增加了计算效率。

技术领域

本发明涉及渠道调度及水利信息化研究技术领域，尤其涉及一种明渠中依据实测水位变化情况估计水位超限时间的方法。

背景技术

随着社会经济的发展,人们对水资源的需求量越来越大，修建大型长距离输水工程成为调节水资源时空分布不均，解决水资源供需矛盾的最有效、最直接的手段。而明渠输水方式又因工程投资小、运行费用低、输水流量大、施工便捷的优点受到广泛关注。近年来，随着调水工程的进一步发展，调水特点逐渐趋于长距离、多起伏、泵闸等多水工建筑物联合调度的方向。

明渠调水工程的水情状态是指输水渠道或其他建筑物的水位、流量、流速等水力要素信息。从国内外已有研究和实际应用来看，各类水情状态的感知方法主要包括原型观测(Prototype observation)和数值模拟(Numerical simulation)两种。在明渠调水工程中，水情状态感知大部分依赖物理设备监测，如自动监测设备：投入式水位计、压力式流量计等，部分学者通过水动力仿真模型对工程中不同水力要素的时空变化规律进行了研究。由于监测设备精度或人员操作等原因，在明渠长距离调水过程中，存在应急条件下渠段上下游进出口流量感知不平衡的情况。

河渠进出流量不平衡会导致水位的持续性涨落，长期作用会使得水位突破高、低限值，不仅可能造成水位漫溢，且在下游存在泵站时更可能会引起机组的不安全运行。

现阶段，常用物理设备监测水位趋势估计不平衡流量下水位到达限制水位的时间，此方法优点是原理简单，但实际操作过程中存在监测时间短则实测趋势拟合精度较差、监测时间长则风险较大的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种明渠中依据实测水位变化情况估计水位超限时间的方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种明渠中依据实测水位变化情况估计水位超限时间的方法，包括如下步骤，

S1、建立渠段的仿真模型；

S2、基于所述仿真模型，确定渠段的单位流量下流量变化率；

S3、基于所述仿真模型，确定渠段的流量-水位-蓄量关系；

S4、拟合实测下游水位变化曲线，并根据拟合获取的实测水位变化率结合渠段的单位流量下流量变化率，获取上游变化流量；

S5、根据上游变化流量结合渠段的流量-水位-蓄量关系，获取估计下游水位超限时间。

优选的，步骤S1包括如下内容，

S11、基于渠系的一维非恒定流圣维南偏微分方程构建渠段水流关系模型，包括连续性方程(1)和动量方程(2)，

其中，B为水面宽度；z为水深；t为时间；Q为流量；x为断面的距离坐标；q为区间出流量；A为过水断面面积；g为重力加速度；S₀为水力坡降；R为水力半径，n_o为糙率；