[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

摘要

本发明公布了一种大型平开闸排洪防潮运行调度的数值模拟方法，该模拟方法首先建立二维数学模型，计算河道各频率洪水过程，潮位过程，然后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，二维数学模型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，通过对平开闸门开度逐级分解、各级开度模拟时计算初始条件相应调整的方法实现其启闭过程的动态模拟。本发明解决了利用河工物理模型来实现平开闸启闭模拟会由于比尺效应等导致结果失真，以及在河道二维数学模型中暂时无法直接实现平开闸动态启闭过程模拟的技术问题。

主权项

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。