[發明專利]一種基于河網水動力模型的閘群聯合調度方法

在審

• 申請號: 202010955942.0
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112733463A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 叢小飛;劉威風;左翔;趙杏杏
• 申請（專利權）人: 南京中禹智慧水利研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06Q50/26;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 韓璐

1.一種基于河網水動力模型的閘群聯合調度方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、構建模型，根據河網的水文、地形、防洪設施、水利工程條件和調度運行的需求，構建河網水動力模型；

S2、搭建仿真環境、結合地圖及web服務，進行搭建動態模型仿真環境；

S3、根據河網水動力模型模塊與閘門調度管理模塊進行動態模擬，構建模型結果數據庫，設計調度方案和預案記憶模塊。

2.根據權利要求1所述的一種基于河網水動力模型的閘群聯合調度方法，其特征在于：所述S1中，根據河網的水文、地形、防洪設施、水利工程條件和調度運行的需求，構建河網水動力模型，還包括如下步驟：

S1.1、根據河網閘群聯合調度數據需求，構建河網水動力模型的基本模型結構；

S1.2、根據河網的水文、地形、防洪設施、水利工程條件和調度運行的需求，改進計算方法，確定數學模型；

S1.3、根據數學模型計算需要，劃分河網水系及確認計算邊界條件；

S1.4、在河網水動力模型中嵌入降雨產流模型，輸入雨型后，產生的地面徑流以側向入流的方式，直接進入河網的水動力計算，便于測報。

3.根據權利要求2所述的一種基于河網水動力模型的閘群聯合調度方法，其特征在于：所述S1.1中的河網水動力模型包括數據文件模塊、產匯流模塊、主計算模型模塊和計算結果輸出模塊，所述數據文件模塊包括基本參數子模塊、邊界條件子模塊、河網地理特征子模塊和水工建筑物子模塊，所述計算結果輸出模塊包括文本文件輸出子模塊、圖形文件輸出子模塊和地理信息圖形顯示子模塊。

4.根據權利要求3所述的一種基于河網水動力模型的閘群聯合調度方法，其特征在于：所述S1.2中，確定數學模型，還包括以下步驟：

S1.2.1、基本方程，河網水動力學模型的基本方程為擴展后的Saint-Venant方程組：

①、②式中，Q為流量；h為水位；A為有效過水斷面面積；A_o為蓄水斷面積；S_co為河道蜿蜒系數，S_m為水位h的函數；x為沿主流向的縱向距離；t為時間；q為側向入流或出流(入流為正，出流為負)；β為動量校正系數；g為重力加速度；S_f為河道的阻力坡降；Se為河道突擴或收縮引起的坡降；S_i為非牛頓流體引起的附加阻力坡降；B為有效過水斷面的水面寬；W_f為風對水面的阻力，W_f的計算公式：

W_f＝C_wV_rw|V_rw| ③；

③式中，C_w為風阻力系數(1×10⁶≤C_w≤3×10⁶)，V_rw為相對風速(V_rw＝V±V_wcosω，V＝Q/A)，V_w為風速，ω為風向與x正向的夾角；L為側向流的動量，有以幾種形式：(1)側向入流，L＝qv_x，v_x為側向入流沿河道流向x的速度分量；(2)側向出流，L＝-qQ/A；(3)側向滲流，L＝-0.5qQ/A；

S1.2.2、方程的離散，函數ψ及其時間導數和空間導數的離散公式：

將式④-⑥的離散格式應用于式①-②，得到它們的四點隱式有限差分表達式為，

⑦⑧式中，

或

式中P_j是濕周；對每一條河道可以寫出以為未知量的2N-2個方程，N是每一條河道的結點數；在本模型中為了考慮可能局部出現急流與緩流交替的混合流流態，還可以對式①和式②用特征逆風格式進行離散；

S1.2.3、離散方程的求解，由式(7)，式(8)得到的是一組非線性方程組，利用求解效率高的Newton-Raphson迭代法求解；令

則

再令

從而可得第n步形為

的Newton方程組，其中A⁽ⁿ⁾為五對角陣，用消元法即可求解。