[發明專利]一種基于水動力學模擬的灌區渠網輸配水優化調控方法

在審

• 申請號: 202310369907.4
• 申請日: 2023-04-07
• 公開（公告）號: CN116415526A
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 吳彩麗;白美健;張寶忠;章少輝;史源;侯文濤
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 李林合

本發明公開了一種基于水動力學模擬的灌區渠網輸配水優化調控方法包括以下步驟：構建渠網水動力學模擬模型；采用結合矢通量分裂格式和雙時間步法的有限體積法，求解圣維南方程組；構建灌區渠網輸配水優化調控模型；采用遺傳算法求解灌區渠網輸配水優化調控模型；針對某一灌區，按照上述步驟計算生育期內每一次灌水的優化調控方案，完成灌區渠網輸配水的優化調控。本發明提出的優化調控方案，能夠滿足生育期關鍵需水、縮短灌溉周期、準確模擬閘門開閉時間、減少棄水的優化調控方案。

技術領域

本發明涉及滴灌領域，特別是涉及一種基于水動力學模擬的灌區渠網輸配水優化調控方法。

背景技術

截止2020年底，兵團總灌溉面積2459.44萬畝，節水灌溉面積2051.78萬畝，其中滴灌面積1973.1萬畝，滴灌面積占總灌溉面積的80％，是我國規?；喂嗝娣e比例最高的地區。

據上述數據及調研所知，新疆建設兵團的渠道襯砌、田間高效節水技術等已經大面積推廣，基礎設施建設已相對成熟。目前，兵團農業節水最突出的問題是先進的田間滴灌工程對應著低水平、粗放型的渠道輸配水系統運行管理，兵團灌區普遍存在著輸配水過程和滴灌作物需水過程不匹配、作物關鍵生育期需水得不到滿足、信息化管理程度不高等問題，使得先進的田間滴灌技術難以發揮應有效益。

目前的研究，多采用水量平衡模型，對渠道系統的水動力學過程考慮不足，此類模型很難預測配水計劃在實施過程中可能發生的渠道漫溢、供水能力不足、供需分離等問題，渠道輸配水調控方面的研究多針對地面灌溉，較少針對滴灌的研究，而地面灌溉與滴灌有很大的不同，滴灌具有高可控性和精準性，在灌溉制度上具有高頻性、灌溉周期短的特點，需要嚴格按照作物的生長期按時按量進行灌溉。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供的一種基于水動力學模擬的灌區渠網輸配水優化調控方法解決了現有技術由于對渠道系統的水動力學過程考慮不足而難以預測配水計劃在實施過程中可能發生的各種問題，以及現有技術缺乏對滴灌的研究的問題。

為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案為：一種基于水動力學模擬的灌區渠網輸配水優化調控方法，所述方法包括以下步驟：

S1：構建渠網水動力學模擬模型；

S2：基于渠網水動力學模擬模型，采用結合矢通量分裂格式和雙時間步法的有限體積法，求解圣維南方程組；

S3：基于求解的圣維南方程組，構建灌區渠網輸配水優化調控模型；

S4：采用遺傳算法求解灌區渠網輸配水優化調控模型；

S5：針對某一灌區，按照上述步驟計算生育期內每一次灌水的優化調控方案，完成灌區渠網輸配水的優化調控。

上述方案的有益效果是：通過上述技術方案，根據當前時段的供水和需水情況，借助水動力學模型精確模擬渠網的輸配水過程，建立優化調度模型，并采用遺傳算法求解，尋求滿足本次灌溉需水和渠系調度運行約束的最優調度方案，解決了現有技術由于對渠道系統的水動力學過程考慮不足而難以預測配水計劃在實施過程中可能發生的各種問題，以及現有技術缺乏對滴灌的研究的問題。

進一步地，S1中采用渠道一維圣維南方程組和渠道連接節點的質量與動量守恒方程，包括以下公式：

基于斷面流速平均假設，利用圣維南方程組描述渠道水流運動過程，取水位ζ和流量Q為因變量的向量形式的一維圣維南方程組描述渠道水流運動過程，公式如下所示：

其中，U為因變量向量，F為對流通量項，t為時間坐標，x為空間坐標，S_ζ為水力坡度項，S_f為摩阻項，S_in為入滲項，S_p為分水項，為求偏導；

上式的向量表達形式如下所示：