[發(fā)明專利]一種河網(wǎng)中堰閘工程反向水流的數(shù)值模擬方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910454984.3
• 申請日: 2019-05-29
• 公開（公告）號: CN110210109B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設計）人: 張念強;李娜;王艷艷;王靜;丁志雄;韓松;徐衛(wèi)紅;王杉;俞茜;萬金紅
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14;G06F111/10
• 代理公司: 北京馳納智財知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11367
• 代理人: 張瑜

1.一種河網(wǎng)中堰閘工程反向水流的數(shù)值模擬方法，包括獲取水流數(shù)據(jù)，其特征在于，還包括以下步驟：

判斷過堰閘的水流流態(tài)和過流類型；

判斷堰閘類型，所述堰閘類型為內(nèi)河道堰閘或外河道堰閘；所述內(nèi)河道堰閘存在有閘門控制且閘門關閉、自由出流和淹沒出流三種狀態(tài)；

當內(nèi)河道堰閘處于自由出流且水流為堰流方式時，根據(jù)寬頂堰計算公式，反向過堰閘水流的流量計算公式為：

其中，負號表示反向水流，即與預先規(guī)定的水流方向相反；為重力加速度，為自由出流系數(shù)，為過流閘孔或堰頂凈寬，為堰頂高程，為河網(wǎng)中預先定義的河流下游斷面的水位；

當內(nèi)河道堰閘處于自由出流、有閘門控制且水流為孔流方式時，根據(jù)閘孔出流計算公式，反向過閘水流的流量的公式為：

其中，負號表示反向水流，即與預先規(guī)定的水流方向相反；為重力加速度；為平面閘門的流速系數(shù)；為垂向收縮系數(shù)；為過流閘孔凈寬；為閘門開度；

和計算公式為：

根據(jù)上述公式計算出追趕系數(shù)，計算公式如下：

其中，為河網(wǎng)中預先定義的河流上游斷面的水位，和分別為當前時間步已知的閘門開度和下一時間步閘門開度的增量；；為當前時間步已計算出的堰閘下游水位。

2.如權利要求1所述的河網(wǎng)中堰閘工程反向水流的數(shù)值模擬方法，其特征在于，所述水流流態(tài)的判斷方法為：

1）當上、下游水位滿足，即上游水位小于下游水位，并且條件時，過堰閘水流為反向自由出流；

2）當上、下游水位滿足，即上游水位小于下游水位，并且條件時，過堰閘水流為反向淹沒出流；

其中，為河網(wǎng)中預先定義的河流上游斷面的水位，為堰頂高程，為河網(wǎng)中預先定義的河流下游斷面的水位，為河流的橫斷面編號。

3.如權利要求2所述的河網(wǎng)中堰閘工程反向水流的數(shù)值模擬方法，其特征在于，在利用Preissmann四點偏心求解方法時，河網(wǎng)中的內(nèi)河道水流采用雙追趕的形式計算，公式如下：

，

聯(lián)立上面兩個公式，得到：

其中，、、、、、為追趕系數(shù)；為河道的斷面?zhèn)€數(shù)。

4.如權利要求2所述的河網(wǎng)中堰閘工程反向水流的數(shù)值模擬方法，其特征在于，在利用Preissmann四點偏心求解方法時，當河道邊界為水位邊界條件時，河網(wǎng)中的外河道水流采用單追趕的形式計算，公式為：

其中，、、、為追趕系數(shù)。

5.如權利要求4所述的河網(wǎng)中堰閘工程反向水流的數(shù)值模擬方法，其特征在于，在利用Preissmann四點偏心求解方法時，當河道邊界為流量邊界條件時，河網(wǎng)的外河道水流采用單追趕的形式計算，公式為：

其中，、、、為追趕系數(shù)。

6.如權利要求1所述的河網(wǎng)中堰閘工程反向水流的數(shù)值模擬方法，其特征在于，當堰閘類型為內(nèi)河道堰閘時，將堰閘及上、下游斷面作為一個獨立的虛擬河段模擬，則和分別為該獨立虛擬河段的首斷面和末斷面，即：

其中，指堰閘段河流的首斷面，指堰閘段河流的末斷面。

7.如權利要求6所述的河網(wǎng)中堰閘工程反向水流的數(shù)值模擬方法，其特征在于，當有閘門控制且閘門關閉時，堰閘不過流，流量為0，則

其中，和為待計算時段堰閘上、下游水位；，，，，，。

8.一種河網(wǎng)中堰閘工程反向水流的數(shù)值模擬系統(tǒng)，包括用于獲取水流數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)獲取模塊，其特征在于，還包括以下模塊：

判斷模塊：用于判斷過堰閘的水流流態(tài)和過流類型；

所述判斷模塊用于判斷堰閘類型，所述堰閘類型為內(nèi)河道堰閘或外河道堰閘；所述內(nèi)河道堰閘存在有閘門控制且閘門關閉、自由出流和淹沒出流三種狀態(tài)；

當內(nèi)河道堰閘處于自由出流且水流為堰流方式時，根據(jù)寬頂堰計算公式，反向過堰閘水流的流量計算公式為：，其中，負號表示反向水流，即與預先規(guī)定的水流方向相反；為重力加速度，為自由出流系數(shù)，為過流閘孔或堰頂凈寬，為堰頂高程，為河網(wǎng)中預先定義的河流下游斷面的水位；

當內(nèi)河道堰閘處于自由出流、有閘門控制且水流為孔流方式時，根據(jù)閘孔出流計算公式，反向過閘水流的流量的公式為：

其中，負號表示反向水流，即與預先規(guī)定的水流方向相反；為重力加速度；為平面閘門的流速系數(shù)；為垂向收縮系數(shù)；為過流閘孔凈寬；為閘門開度；

和計算公式為：

根據(jù)上述公式計算出追趕系數(shù)，計算公式如下：

其中，為河網(wǎng)中預先定義的河流上游斷面的水位，和分別為當前時間步已知的閘門開度和下一時間步閘門開度的增量；；為當前時間步已計算出的堰閘下游水位；

所述系統(tǒng)按照權利要求1-7中任一項所述的方法進行工作。