[發明專利]一種大型平開閘排洪防潮運行調度的數值模擬方法

在審

• 申請號: 201810324706.1
• 申請日: 2018-04-12
• 公開（公告）號: CN108595799A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 胡朝陽;梁越;何承農;付開雄;蔡慶通;葉麗清;王新強;王樂樂;柯明輝
• 申請（專利權）人: 福建省水利水電勘測設計研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 福州盈創知識產權代理事務所(普通合伙) 35226
• 代理人: 李明通

本發明公布了一種大型平開閘排洪防潮運行調度的數值模擬方法，該模擬方法首先建立二維數學模型，計算河道各頻率洪水過程，潮位過程，然后通過所述二維數學模型對河道實際的潮位過程、流速、流量過程進行驗證，二維數學模型基于三向不可壓縮和Reynolds值均布的Navier?Stokes方程，并服從于Boussinesq假定和靜水壓力的假定，通過對平開閘門開度逐級分解、各級開度模擬時計算初始條件相應調整的方法實現其啟閉過程的動態模擬。本發明解決了利用河工物理模型來實現平開閘啟閉模擬會由于比尺效應等導致結果失真，以及在河道二維數學模型中暫時無法直接實現平開閘動態啟閉過程模擬的技術問題。

技術領域

本發明屬于排洪防潮運行調度模擬計算方法技術領域，具體涉及一種大型平開閘排洪防潮運行調度的數值模擬方法。

背景技術

平開閘門型式具有新穎、跨度大、運行方式獨特等特點，同時具有弧形閘門和橫拉門的特點，對于大跨度低水頭的防洪工程具有重要的應用價值。位于感潮河道上的平開閘，所述平開閘也是擋潮閘，其正常的運行方式為漲潮時關閘擋水，落潮時開閘泄水，擋潮時閘上河道起臨時調節作用，泄水時過閘流態為變量變速流，水位、流量及流速均在不斷地變化，情況相當復雜。一般可通過河工物理模型來實現平開閘排洪防潮運行調度過程的模擬，但物理模型比尺效應等會導致模擬失真，在河道二維數學模型中亦暫時無法直接實現平開閘動態啟閉過程的模擬，本方法對平開閘的啟閉過程進行分段模擬，分為全關、1/3開度、2/3開度及全開，

所以可以利用河道二維數學模型實現大型平開閘排洪防潮運行調度過程的仿真模擬，為擋潮閘實際運行調度提供科學依據。

發明內容

（1）要解決的技術問題

本發明為了克服河工物理模型來實現平開閘排洪防潮運行調度過程的模擬，但物理模型比尺效應等會導致模擬失真，而且在河道二維數學模型中暫時無法實現平開閘動態啟閉過程的模擬的缺點，為解決以上技術問題，本發明提供一種大型平開閘排洪防潮運行調度的數值模擬方法，該模擬方法首先建立二維數學模型，計算河道各頻率洪水過程，潮位過程，然后通過所述二維數學模型對河道實際的潮位過程、流速、流量過程進行驗證。本發明解決了河工物理模型來實現平開閘排洪防潮運行調度過程的模擬，但物理模型比尺效應等會導致模擬失真，而且在河道二維物理模型中暫時無法實現平開閘動態啟閉過程的模擬的技術問題。

（2）技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供本發明提供一種大型平開閘排洪防潮運行調度的數值模擬方法，建立二維數學模型，計算河道各頻率洪水過程，潮位過程，通過所述二維數學模型對河道實際的潮位過程、流速、流量過程進行驗證。所述二維數學模型包括以下計算方法：

a.基于三向不可壓縮和Reynolds值均布的Navier-Stokes方程，并服從于Boussinesq假定和靜水壓力的假定；

二維非恒定淺水方程組為：

（2a-1）

（2a-2）

（2a-3）

式中：為時間；為笛卡爾坐標系坐標；為水位；為靜止水深；為總水深；分別為方向上的速度分量；是哥氏力系數，，為地球自轉角速度，為當地緯度；為重力加速度；為水的密度；分別為輻射應力分量；為源匯項，為源匯項水流流速。

b．分析確定水閘運行調度特征水位，所述特征水位包括正常蓄水位、汛限水位、設計洪水位、校核洪水位，模擬運行中先開中間平板閘、再開兩側弧形閘，進行防洪排澇過程模擬：

①第一階段，t₀時刻，開啟平板閘泄流；