[發明專利]一種平原圩區河網水動力模擬方法

有效

• 申請號: 202011072463.0
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112163382B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 白靜;周剛;田自強;趙健;陳振宇;熊勇峰
• 申請（專利權）人: 中國環境科學研究院
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14;G06F111/10
• 代理公司: 北京國林貿知識產權代理有限公司 11001
• 代理人: 李瑾;李連生

本發明公開了一種平原圩區河網水動力模擬方法，通過建立陸面徑流和河道的匯流關系，增設虛擬斷面，實現泵站、閘門等不同控水設施同時出現條件下的圩區河網水動力學模擬。包括兩個部分：陸面降雨徑流時的斷面匯流量的計算、河流動力學演算；陸面降雨徑流時的斷面匯流量的計算為河流水動力學演算中的連續方程提供降雨產生的源項。本發明方法適用于平原圩區河網水動力模擬，能夠進行圩區復雜河網動力學模擬。

技術領域

本發明涉及水利工程技術領域，尤其涉及水動力模擬技術領域，特別涉及一種平原圩區河網水動力模擬方法。

背景技術

在我國南方地區，歷史上存在圍江圍湖造田現象，形成了大小不一的圩區，圩區四周筑有圩堤，將圩區內土地與外界的河流分割，圩內水系與外界的河系連接處安裝閘門并建設泵站。管理部門根據圩內引水和除澇等不同的需求，對閘門和泵站的開啟模式進行相應的調度。閘門和泵站不同的調度使得平原河網區的水動力學過程更為復雜。目前河網水動力學數值模擬中一般針對確定的建筑物形式進行模擬，在模擬過程中不能全面反映單閘門開啟、單泵站開啟、兩者都關閉三種調度模式下的河網水動力學特性。另外對于平原區河網所在地區，一般地形非常平坦，陸面與河流的匯流關系不清晰，降雨徑流量匯入河流量難以確定，因此針對平原圩區建立河網水動力模擬方法十分必要。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種平原圩區河網水動力模擬方法，能夠進行圩區復雜河網動力學模擬。

具體技術方案如下：

一種平原圩區河網水動力模擬方法，通過建立陸面徑流和河道的匯流關系，增設虛擬斷面，實現泵站、閘門等不同控水設施同時出現條件下的圩區河網水動力學模擬。計算過程可以分為2個部分：陸面降雨徑流河流匯流量的計算和河流動力學演算。陸面降雨徑流河流匯流量為河流水動力學演算中的連續方程提供降雨產生的源項。

步驟一陸面降雨徑流時的斷面匯流量的計算：本發明基于不同匯流計算單元與河段的距離，選擇性地考慮河段的不同的斷面特征以及河底坡降，進行河段匯流量的分配，具體的步驟為：

1-1匯流計算單元的劃分與徑流量計算：所述匯流計算單元分為水文響應單元或柵格；采用SCS-CN模型計算匯流計算單元上的徑流量；第i個水文響應單元上的徑流量記為R_i1；第i個柵格上的徑流量記為R_i2；

1-2匯流計算單元徑流量對不同河段的貢獻系數計算：基于匯流計算單元與河段的距離關系和河段的特征，估算匯流計算單元的徑流量對不同河段的分配系數；

1-3計算第j條河段的入流量：

式中：W_j為進入第j條河段的流量；R′_i為單位時間內第i個匯流計算單元的徑流量m/day，視情況選用R_i1或者R_i2；A_1i為第i個匯流計算單元的面積,m²；m為河段兩側的匯流計算單元數；λ_ij為多邊形地塊第i個匯流計算單元的徑流量進入第j條河段的分配系數，％；

1-4假定流達水量均勻地進入了河段，進入第j條河段上第k個斷面的流量為：

式中：Q_jk為一個多邊形地塊內徑流進入第j條河段上第k個斷面的流量，L_j為j個河段的長度；l_jk第j條河段上第k個斷面代表的局部河段長度；

步驟二河流水動力學演算為：